Совершенствование планирования

Во многих сейсмичных странах постройки проектируются те­перь более сейсмостойкими. Не только индивидуальные застрой­щики осознали, насколько выгоднее строить дома, которые мо­гут противостоять землетрясениям, но и общественный интерес к проблеме сейсмостойкости заметно возрос.

Этот интерес отчасти связан с растущей осведомленностью о роли окружающей среды, а отчасти-с осознанием того факта, что именно само население будет расплачиваться за восстановле­ние экономики. Современное социальное развитие привело к то­му, что большая часть потерь промышленности возмещается за счет государственной помощи, а она осуществляется из фондов, создаваемых налогами. В результате такого развития во многих странах при местных, провинциальных и центральных властях были образованы специальные ведомства, призванные защищать жизнь и здоровье каждого отдельного человека и экономическое благосостояние всего населения.

При разработке мер, регулирующих строительство в сейс­мичных районах, первым делом нужно установить соответствую­щий набор правил. Например, после 1971 г. при создании общих планов развития городов и поселков в Калифорнии по закону не­обходимо учитывать элемент сейсмической безопасности. Хотя выработанная для этого процедура страдает некоторыми недо­статками, обусловленными несовершенством и непоследователь­ностью оценок опасности, общий результат обещает быть поло­жительным. При технических обследованиях изучаются следы исторических землетрясений и активность всех разломов данного района, грунтовые условия и вероятность оползания, просадки и разжижения грунта и разрабатывается план мероприятий на случай чрезвычайного положения.

При проведении многих таких специальных работ наблюде­

ния выполняются на основе разного рода региональных геологи­ческих карт. На них показано геологическое строение площади с выделением тех разломов, по которым отмечены подвижки четвертичного времени. Эти карты дополняются картами типов и мощностей поверхностных образований: аллювия, насыпных грунтов и т. д. Используются также (если они есть) карты сейсми­ческой интенсивности, на которых нанесены сведения об интен­сивности исторических землетрясений и их изосейсты.

Опираясь на эти основные геологические и сейсмологические данные, можно построить карты сейсмического районирования разных масштабов. На самых мелкомасштабных (обзорных) кар­тах указываются районы страны или какой-либо провинции, в которых отмечена или ожидается та или иная интенсивность сотрясений грунта. Если речь идет об ожидаемой интенсивности, то подразумевается, что на карте даны оценки, определенные с некоторой вероятностью. Карты районирования, существую­щие в настоящее время для Северной Америки, Европы, для Бал­кан, СССР, Китая, Японии, Новой Зеландии, Австралии и других стран, основаны на геологических данных, на сведениях о повто­ряемости и магнитуде землетрясений, об интенсивности истори­ческих землетрясений и на субъективной экстраполяции данных о сейсмичности в других районах мира. Несмотря на явное несо­вершенство карт сейсмической опасности, они становятся все бо­лее распространенными. Такие карты, составленные для неко­торых городов, например для Токио, отличаются большой детальностью: на них бывают показаны даже кварталы и улицы.

Существуют специальные карты сейсмического риска, ко­торый либо указывается в относительной мере, либо прямо счи­тается вероятностным. На большинстве карт относительного риска разные зоны обозначаются произвольными цифровыми индексами или буквами алфавита. Например, на действовавшей до недавнего времени карте сейсмического риска для США были выделены 4 зоны, различающиеся по степени опасности: от нуле­вой опасности (зона 0) до наибольшей опасности (зона 3). Карты вероятностного риска дают представление о лежащей в их осно­ве статистической неопределенности, как это делается при расче­те риска для страхования. На таких картах указывается вероят­ность того, что в данном месте в течение определенного промежутка времени (как правило, 50 или 100 лет) произойдет землетрясение, интенсивность которого превысит какую-то ука­занную величину.

В последние годы методы обзорного сейсмического райони­рования претерпели в США серьезные изменения. Были составле­ны новые вероятностные карты, представляющие собой основ­ной   документ   для   проектирования   сейсмостойких   зданий

в строительной практике[14]). Пример такой карты приведен на рис. 1, где дается ожидаемая интенсивность сотрясений грунта, выраженная в значениях так называемого эффективного пикового ускорения. Эта величина представляет собой максимальное уско­рение, возникающее при землетрясениях на твердом грунте, без учета высокочастотных колебаний, которые не воздействуют на сооружения значительного размера (большие дома, фабричные здания, мосты, плотины и т.д.). Как указывалось в гл. 7, ускоре­ния грунта в практике сейсмостойкого строительства считаются характеристикой интенсивности землетрясения.

Поскольку величина ускорения, показанная на карте изоли­ниями, рассчитана для определенной вероятности, тем самым учитывается неопределенность, с которой ожидаются разруши­

тельные землетрясения в разных частях страны. Каждое указан­ное на карте значение с вероятностью примерно 90% не будет превзойдено в течение 50-летнего периода. Например, наиболь­шие значения пикового ускорения оказались, согласно расчетам, в сейсмически активной Калифорнии; там в районе изолинии 0,4 вероятность того, что среднее пиковое ускорение грунта 0,4# или выше возникнет в течение 50-летнего срока, составляет только 1/10. Другой фактор, который необходимо учитывать при соста­влении любой карты сейсмического риска -затухание, или уменьшение средней интенсивности, колебаний с расстоянием от очага землетрясения (рис. 2). Это важный фактор, так как затуха­ние сейсмических волн происходит по-разному в различных частях страны.

Чтобы избежать недостатков, которыми страдали прежние карты районирования США, при составлении новых карт (типа рис. 1) решено не отступать от следующих принципов:

1. Учитывать не только магнитуды землетрясений, ожидаемых на всей тер­ритории страны, но и их частоту.

2. Распределение различных зон устанавливать на основе сейсмостатистики, •данных об основных тенденциях тектонического развития, графиков затухания интенсивности и сообщений об интенсивности отмечавшихся землетрясений.

3. Районирование производить с помощью изолиний, так чтобы карта по­казывала изменение «уровня риска» в масштабе всей страны: «равнины» малого сейсмического риска и «горы» большого риска.

4. Карта должна иметь простой характер, на ней не делается попыток под­разделять территорию страны на микрозоны. Поэтому на ней проводятся толь­ко четыре сильно сглаженные изолинии.

5. Изолинии должны быть непрерывными.

Карта эффективного пикового ускорения предназначается для целей районирования, проектирования и оценки сейсмической опасности на участках строительства; инженеры-строители могут брать значения ожидаемых ускорений непосредственно с этой карты, проводя интерполяцию между изолиниями. Таким обра­зом, считается, что, если в конструкциях зданий и сооружений предусмотрены необходимые элементы сейсмостойкости, подвер­женность построек сейсмической опасности в будущем окажется приблизительно одинаковой на всей территории страны.

При использовании карт сейсмического риска в строительстве они обычно переводятся на язык строительных норм и правил. Сейсмостойкость сооружения обеспечивается инженерами-строи­телями, которые следуют инструкциям того или иного строи­тельного кодекса и анализируют проект с точки зрения требова­ний этого кодекса. В идеале все постройки, сооруженные в сейсмичном районе, должны соответствовать местным строи­тельным нормам, но, как правило, полному анализу подвергают­ся только наиболее крупные и дорогостоящие здания. Строи­тельные кодексы обычно составляются применительно к данной зоне сейсмического риска или к величине какого-либо параметра сотрясаемости грунта, например ускорения, распределение кото­рого показано на рис. 1.

Чтобы улучшить практику строительства, нужны помимо же­лания еще и эффективные средства. К счастью, начиная с 1960-х годов появился целый ряд технических приемов, позволяющих увеличить сейсмостойкость строительных конструкций и отве­чающих требованиям современной архитектуры. Чем лучше сейсмологи изучат природу землетрясений, тем надежнее будут используемые меры сейсмической безопасности. Как мы видели в предыдущих главах, научное познание землетрясений продвину­лось теперь до такой стадии, когда причины землетрясений и типы колебаний грунта уже достаточно хорошо известны. Ясно также, что получают все большее распространение чрезвычайно важные наблюдения, выполняемые с помощью сейсмографов для записи сильных движений; такие наблюдения проливают свет на распределение интенсивности сейсмических колебаний в зависи­мости от различных условий. Так, изучение колебаний при земле­трясении Сан-Фернандо 1971 г., при Гватемальском землетрясе­нии 1976 г., землетрясении во Фриули 1976 г. и многих других сейсмических толчках по всему миру способствует постепенному, кирпичик за кирпичиком, построению более надежной основы для проектирования сейсмостойких сооружений.

Инженеры, работающие над проблемами сейсмостойкости, научились лучше анализировать колебания, возникающие в разных частях зданий; часто для такого анализа теперь исполь­зуются быстродействующие вычислительные машины. Более то­го, некоторые принципы динамического анализа не только полу­чили солидную теоретическую базу, но и были уже проверены на практике во время фактически происшедших землетрясений, на­пример землетрясения Сан-Фернандо 1971 г. в районе Лос-Анд­желеса. Было выяснено, что многие многоэтажные здания, соору­женные в соответствии с правилами сейсмостойкого строи­тельства, во время этого землетрясения испытали колеба­ния, характер которых был близок к предсказанному про­ектировщиками. В некоторых случаях конструкция зданий оказа­лась неподходящей, в особенности когда использовались необыч­ные архитектурные формы и непроверенные материалы (см., например, разрушение больницы Олив-Вью на рис. 5).

В следующих разделах будет показано, что в наши дни при строительстве особо важных сооружений часто проявляется большая забота об уменьшении сейсмического риска. Методы, используемые для прогноза поведения грунта при сильном зе­млетрясении, различаются в деталях от участка к участку и от одной страны к другой. Очевидно, что объем работ и расходы на проведение геологических исследований с целью свести к мини­муму риск на каждой строительной площадке сильно зависят от типа сооружения. Повреждение некоторых крупных сооружений не представляет непосредственной угрозы для населения, и в этом случае главная задача-свести к минимуму стоимость по­вреждения самой конструкции. Однако многие здания, такие как крупные больницы, должны сохранять дееспособность при всех возможных разрушительных землетрясениях в данном районе. В соответствии с этим уже при самых предварительных исследо­ваниях приходится принимать трудные решения, и консультант-сейсмолог, давая рекомендации составителям строительного проекта, обычно остро ощущает то, что у него под рукой слиш­ком мало материалов фактических наблюдений.

Из-за такой неопределенности критерии для выбора строи­тельной площадки бывают гораздо более строгими, чем это мо­жет быть оправдано уровнем риска, принимаемым в повседнев­ной жизни. Правильно говорят, что ничто не помогает развитию сейсмологии больше, чем изучение каждого нового сильного зе­млетрясения (предполагая, что изучение проводится высококва­лифицированными специалистами), и поэтому надо быть терпе­ливыми и ожидать появления дополнительного материала, который помог бы принять более обоснованные решения. К счастью, теперь, когда во многих местах установлены приборы для измерения сильных движений грунта, землетрясение в какой­либо одной стране позволяет получить сведения, полезные для любого района земного шара. В этом смысле наука сейсмология и практическое сейсмостойкое строительство — это дела поистине глобального масштаба, которые не считаются с границами госу­дарств и служат благу всего человечества.