УДК 624.012.

Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С., Токтосунов А.М., Айдаралиев Б.Р.,

Абдыкеева Ш.С., Садабаева Н.Д.

О совершенствовании принципов эффективности сейсмозащиты зданий.

Специалистам по строительной механике известно, что если здание запроектировано и построено в соответствии с рекомендациями прочностного расчета, то его прочность и неразрушимость будут обеспечены автоматически. Единственным исключением из этого общего правила, почему-то стало сейсмическое воздействие, которое вовсе не является фатальным. Оно регулярно и повсеместно приводит к загадочным сдвиговым разрушениям зданий, которые происходят вопреки прочностному расчету и несмотря на все заверения специалистов, занимающихся сейсмикой, в их неразрушимости. Это тем более странно, что если верить сейсмологам, то по своим параметрам традиционное сейсмическое воздействие весьма заурядно. Поэтому официальная сейсмическая наука до сих пор не может объяснить, чем вызваны все аномалии, связанные с сейсмическими разрушениями зданий.

Ярко выраженное противоречие между реальной и ожидаемой по расчету сейсмостойкостью и формой разрушения современных зданий проявляется регулярно и повсеместно. Оно уже давно было отмечено нами. Тем не менее, японское землетрясение в г. Кобе 17 января 1995 г. стало в этом плане особенно показательным и переломным в оценке реального положения дел. Впервые в зону 9-балльного землетрясения (по шкале ИФЗ) попали самые современные и «сейсмостойкие» японские здания со стальными, стале-железобетонными и железобетонными каркасами. Они были рассчитаны и запроектированы именно на этот уровень балльности и в принципе, не должны были разрушиться. Тем не менее, свыше 50% этих зданий оказались либо полностью разрушены, либо получили сильные повреждения, несмотря на очень высокое качество строительства. При этом масштабы разрушения «особо сейсмостойких» зданий впервые оказались столь велики, что их уже никак нельзя было объяснить огрехами японских строителей.

Поэтому вопросы о причине случившихся тотальных срезов в железобетонных колоннах зданий и многочисленных разрывов в сварных швах, в узлах стального каркаса здесь, впервые оказались без официального ответа и поставили в тупик специалистов. Японские эксперты так и не смогли сформулировать причину всего случившегося, и это грозит им опасностью повторения подобной катастрофы.

Детальный анализ той ценнейшей информации, которая имеется в отчете о разрушениях в регионе Кобе, позволяет вновь повторить наш давний пессимистический вывод о том, что до сих пор по-прежнему нигде в мире нет массовой сейсмостойкой застройки городов и что сейсмические разрушения неуправляемы. До тех пор, пока этот ясный и неоспоримый факт не будет признан официально, мы не сдвинемся с места, не добьемся никаких успехов в этой сфере.

Пора, наконец, отбросить веру в фатальную неизбежность сейсмических разрушений и начать относиться к землетрясениям, как к рядовым воздействиям на сооружения. В этом случае наш успех в борьбе с ними будет гарантирован. Какова же причина всех перечисленных парадоксов? На наш взгляд, она достаточно очевидна. Это отсутствие достоверной информации о реальных параметрах разрушающего сейсмического воздействия. Лишь эта причина может вызвать вышеупомянутое несоответствие между реальной и расчетной сейсмостойкостью зданий. Тот факт, что для получения нужной нам информации до сих пор используются маятниковые сейсмические приборы, является еще одним доводом в пользу этого утверждения.

Здесь мы не будем повторять наши достаточно очевидные предположения о получении указанной информации [4], а остановимся на формулировании некоторых общих принципов действительно эффективной сейсмозащиты. Эти новые принципы имеют ясный физический смысл и вполне логично вытекают из анализа сейсмических разрушений зданий. Особенно ярко они были высвечены последними разрушениями, произошедшими в Кобе.

Первый принцип состоит в том, что при создании массовой сейсмостойкой застройки городов нам следует ограничиться использованием лишь традиционного набора строительных конструкций и элементов, отказавшись от применения любых чужеродных и экзотических средств виброизоляции виду их недолговечности, ненадежности, дороговизны и ряда других недостатков.

Второй и главный принцип заключается в том, что необходимо особыми приемами сгладить или ликвидировать скачки жесткости в вертикальных несущих элементах зданий, так как почти все сей смические разрушения связаны именно с наличием подобных скачков. Они удваивают разрушительный эффект волнового сейсмического воздействия. Скачок жесткости в узле примыкания колонны к ригелю или к диску перекрытия почти эквивалентен ее жесткой заделке, где происходит удвоение разрушительных сдвигающих волновых напряжений при отражении вторичной сдвиговой сейсмической волны от этой заделки. ( Поясним, что речь идет о сдвиговых волнах в колоннах и стенах, которые возникают в грунте от продольных сейсмических волн сжатия. Эти волны создают серию горизонтальных импульсов, которые «ударяют» по торцу фундамента и резко сдвигают его относительно здания). Именно этот импульсный сдвиг фундаментов порождает волны сдвига в колоннах и стенах зданий.

Особенно выражен скачок жесткости в зданиях с гибким первым этажом, где стены начинаются лишь со второго этажа. Это делает здания чрезвычайно уязвимыми при землетрясениях, что еще раз показали их многочисленные разрушения в Кобе. Там свыше 90% всех разрушений железобетонных зданий пришлось именно на здания с гибким первым этажом, где произошел мгновенный срез или раздробление сразу всех колонн первого этажа [3]. При этом почти все разрушения произошли в зоне узлов и стыков путем разрыва сварных швов и высокопрочных болтов.

Для борьбы с указанным эффектом следует добиваться плавности в изменении жесткости вертикальных несущих элементов и не допускать появления скачков. Известно, что сводчатые здания (например, церкви) имеют повышенную сейсмостойкость, которая объясняется именно реализацией этого принципа путем использования сводчатых конструкций. Именно в сводах колонны плавно «перетекают» в перекрытия. Между ними нет никакой разницы. Там волновые напряжения беспрепятственно «добегают» до свободного края и исчезают, отражаясь от него. Главная трудность здесь состоит в том, как реализовать на практике принцип сглаженности форм в современных зданиях.

При этом приходится признать, что применить этот принцип в зданиях со стальным каркасом либо невозможно, либо очень сложно, поскольку наличие узлов сопряжения (а стало быть, и скачков жесткости) органически присуще стальным конструкциям и, по-видимому, почти не подлежит устранению. Эту проблему можно разрешить, если удастся разработать качественно новую форму узлов сопряжения. Что касается железобетонных зданий, то в зонах с сейсмичностью 9 баллов придется полностью отказаться от каркасных железобетонных зданий, а здания с гибким первым этажом можно строить лишь в районах, где сейсмичность не выше 7 баллов. Зато применение монолитных и сборных зданий с несущими стенами из железобетона весьма перспективно в 9-ти балльных зонах. Здесь есть реальная возможность поднять до нужного уровня и без того весьма высокую сейсмостойкость этих зданий.

Для этого надо будет преодолеть влияние двух главных и традиционных источников, создающих скачки жесткости в стенах. Это – оконные проемы, так же зоны сопряжения стен с дисками перекрытий. Оконные проемы придется скруглить и сузить, придавая им, по возможности, вытянутую форму. Диски перекрытий следует подвесить к стенам на гибких связях, чтобы они не препятствовали сдвиговым деформациям стен и беспрепятственному пробеганию по ним сейсмических волн.

Третий принцип состоит в максимально возможном снижении горизонтальной скорости, которую передает фундаментам подошедшая к ним сейсмическая волна. Для этого следует применять в качестве фундамента единую фундаментную плиту, имеющую большую массу. Но одновременно следует значительно уменьшить высоту ее боковых торцов, срезав плиту у краев. Тем самым будет резко уменьшено суммарное горизонтальное давление сейсмической волны на фундамент, его горизонтальная скорость и интенсивность воздействия на здание.

Дальнейший анализ общих свойств сейсмических разрушений позволит сформулировать еще ряд аналогичных принципов, которые в совокупности с вышеизложенным позволят нам наконец полностью исключить сейсмические разрушения защищенных нами зданий.

Список литературы:

1. Смирнов С.Б. «Упругая отдача сдвигаемой толщи грунта как реальная причина сейсмического среза зданий», Объединенный научный журнал, Москва, 2008г., №11, стр. 57-60.

2. Sergey Smirnov «Seismic shears of buildings are the result of output of soil thickness clisplaced by abyssal seismic waves», The integrated scientific Journal, Moscow, Russia, 2009, №7, р.рр 64-68.

3. «Soil and Foudations», Special issue of Geotechnical aspects of the January 17, 1995 Hyogoken Nanbu Earthquake, Japanese Geotechnical Sosiety, January 1996, 359p.p.

4. Смирнов С.Б. «Ударно-волновая концепция сейсмического разрушения сооружений», Энергетическое строительство, 1992, №9, стр.70-72.

5. Смирнов С.Б. «Исследование аномальных форм в сейсмических разрушения зданий, противоречащих официальной теории сейсмозащиты и опровергающих официальный взгляд на причины разрушения зданий при землетрясениях». Объединенный научный журнал, 2008, №9, стр.51-59.

6. Ордобаев Б.С. Сейсмический срез зданий глубинными сейсмическими волнами. НиНТ №4, Бишкек 2011, - с. 47-50.

7. Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С., Маматов Ж.Ы., Кожобаев Д.Ш., Энсебек у.А. Сейсмические разрушения, их анализ и принципы совершенствования. Известия КГТУ №22, Бишкек 2011,-с. 86-88.

8. Смирнов С.Б., Ордобаев Б.С., Джаманкулов К.М., Эшмамбетов Т.Т. О сдвиговом механизме сейсмических колебаний грунта и о принципе определения их реальных параметров, вызывающих волновой срез колонн и стен в зданиях. Вестник КГТУ, №21, Бишкек 2010,-с. 84-88.