Сейсмостойкое строительство.

Известно, что число землетрясений, происходящих в определенный интервал времени в данном районе, снижается с увеличением их магнитуд [11].

lg(N)=K₁-K₂ M (1.77)

где N - число землетрясений магнитудой М;

K₁ - коэффициент сейсмической активности района;

K₂ - тектоническая константа.

Подтверждением этого соотношения могут служить данные табл. 7, в которой проводится сопоставление числа землетрясений на нашей планете в зависимости от их магнитуд [14].

Таблица 7

Магнитуда землетрясения, М	Число землетрясений в год, N
7 – 8 6 – 7 5 – 6 4 – 5	1 – 2 15 – 20 100 – 150 750 – 1000 5000 – 7000

Установив коэффициенты K₁ и K₂, можно оценить возможность сильного землетрясения в конкретном регионе по наблюдениям за слабыми землетрясениями в определенный период времени. Соотношение (1.77) справедливо при M£M_max для данного региона.

Коэффициент сейсмической активности K₁ учитывает местные геологические условия и определяется по результатам наблюдений землетрясений в рассматриваемом регионе. Для этого размеры района и интервал времени должны быть стандартизированы (например, 100 км² и 10 лет).

Тектоническая константа K₂ от времени не зависит. Имеется некоторое расхождение во мнениях является ли она универсальной константой или изменяется от региона к региону. В нашей стране данные по величине K₂ коррелируются по результатам сейсмических наблюдений на нескольких сейсмических станциях, расположенных на территории относительно большого региона, сравнительно однородного в геологическом отношении. Примеры таких регионов – Крым, Кавказ, Прибайкалье, Камчатка и др.

Следует отметить, что в отдельных районах слабые землетрясения могут не наблюдаться. Это области или участки тектонического омоложения. В силу значительной прочности породы здесь способны накапливать большие напряжения. Такие сейсмогенные зоны характеризуются очень редкими, но сильными землетрясениями. Примеры – районы Газлийских, Чиилийского и Тамдыбулакского землетрясений в Средней Азии [24].

На основании соотношения (1.77) разработаны методики по определению максимально возможной интенсивности землетрясений в различных районах, на базе которых составлены сейсмические карты.

На территории СНГ районы возможных 9-ти бальных землетрясений находятся в Средней Азии, Прибайкалье, Камчатке, Курильских островах; 8-ми бальных – на Кавказе, в Молдавии, в Южной Сибири. Русская равнина и Урал – почти вся территория относится к 5-ти бальной зоне; Среднерусская возвышенность – к 4-х бальной. В районе среднего течения р. Камы и среднего Урала, включая район г. Екатеринбурга, выделяется 6-ти бальная зона. Она продлевается по р. Мезень до северного побережья Кольского полуострова (землетрясения 1936 и 1937 г.г. интенсивностью 6…7 баллов в бассейне р. Мезень) [25].

Действующая нормативная карта утверждена в 1969 г. – СНиП П-А 12-69. На карте выделены районы 6,7,8,9 бальных землетрясений, а также районы, где возможны землетрясения более 9-ти баллов [25]. Определенное представление о размерах этих районов можно составить по данным табл. 8 [14].

Таблица 8

Зоны различной интенсивности сейсмических воздействий.

Регион	Площадь (тыс. ) при интенсивности землетрясения в баллах.
Алтай и Саяны
Восточная Сибирь
Якутия и район Магадана
Чукотка
Камчатка и Командорские острова
Курильские острова
Сахалин
Приморье
Крым

Несомненно, что важно спрогнозировать время возникновения, положение эпицентра и интенсивность землетрясения. Если землетрясение нельзя предотвратить, то по крайней мере необходимо вовремя предупредить население, чтобы люди покинули дома и вышли на открытое место (на удаление, равное или большее высоте здания, и вдали от линий электропередач), и тем самым снизить до минимума число возможных жертв.

Долгие годы в решении этой сложной задачи заметных успехов не было. Однако в последнее время разработаны методы, позволившие спрогнозировать ряд землетрясений. В качестве примера можно указать прогноз Хайченского землетрясения в Китае 4.02.1975 г. Оповещение о предстоящем сильном землетрясении было сделано за 9 часов до того, как оно началось. Разразившееся землетрясение оказалось очень сильным – было разрушено 50% зданий в районе с населением более миллиона человек. Однако благодаря своевременно принятым мерам число жертв было сравнительно небольшим – погибло ~ 300 человек. Тем не менее было бы неправильным считать, что задача предсказаний землетрясений полностью решена. Прошло всего полтора года после упомянутого землетрясения и в Китае разразилось катастрофическое по числу жертв Таншаньское землетрясение 1976 года, когда погибло 243 тысячи человек [2].

На чем основывается возможность предсказания землетрясений?

Во-первых, следует отметить способ, который заключается в экстраполяции на будущее данных наблюдений за землетрясениями в прошлом. Способ лежит в основе долгосрочного прогноза. Обобщаются сведения о землетрясениях за несколько десятков и сотен лет, оценивается сейсмический риск. Сейсмический риск – это опасность повреждений сооружений от землетрясений в данном регионе. Он определяется как вероятность реализации не менее одного землетрясения, наносящего ущерб различным объектам, см. §2.7. Места возможных землетрясений оцениваются по сейсмическим картам.

Эффективным средством краткосрочного прогноза является комплексная оценка предвестников землетрясения, к которым относятся: предварительные толчки – форштоки, изменения параметров геофизических полей, деформации земной поверхности в эпицентральной области, изменения состава подземных вод, изменения в поведении животных.

Не останавливаясь подробно на всех предвестниках, следует отметить, что перед началом землетрясения подземные породы находятся в сильно напряженном состоянии. Возникновение значительных механических напряжений заметно изменяет свойства пород, они становятся аномальными, то есть необычными. Наблюдаются аномалии разного рода – электрические, магнитные, упругие и т.д. Аномальные отклонения геофизических полей обнаруживают с помощью соответствующих приборов, установленных на сейсмических станциях. Высокоэффективными оказываются наблюдения за геофизическими аномалиями с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли.

Нарастание механических напряжений приводит также к увеличению концентраций в подземных водах радона, гелия, неона, аргона, криптона. Растут их концентрации и в газовых потоках, которые давление в недрах Земли «выжимает» к земной поверхности. Проводя химический анализ воды или газа в существующих и пробуренных скважинах, можно выявить назревающее землетрясение.

К необычному поведению животных перед землетрясением следует отнести беспокойство рыб в аквариумах, мелких домашних животных, птиц, пресмыкающих в горах. Так успешное предсказание Хайченского землетрясения в 1975 году в немалой степени основывалось на сообщениях о необычном поведении домашних животных [2].

На территории нашей страны развернута сеть постоянно действующих сейсмических станций, входящих в единую систему сейсмических наблюдений (ЕССН). Данные наблюдений об угрозе землетрясений докладываются в центр срочных донесений в г. Обнинске. После обработки заключение выдается в систему оповещения Гражданской обороны и другим заинтересованным организациям.

Важным средством обеспечения безопасности населения в сейсмоопасных районах является сейсмостойкое строительство. Оно ведется согласно СНиП 11-7-81. Опасными для зданий считаются землетрясения, интенсивность которых достигает J=7 баллов и более. В районах, где прогнозируемая величина J не превышает 6 баллов, проведение антисейсмических мероприятий обычно не предусматривается. Строительство в районах, где прогнозируемая величина интенсивности землетрясения J>9 баллов, весьма неэкономично. Поэтому в нормах указания ограничены районами 7 9 бальной сейсмичности.

Для большинства зданий и сооружений интенсивность воздействия землетрясений – расчетная сейсмичность принимается равной сейсмичности строительной площадки. Для особо ответственных сооружений расчетная сейсмичность повышается по сравнению с сейсмичностью строительной площадки (как правило, на 1 балл, что соответствует увеличению сейсмической нагрузки вдвое), а для временных сооружений (например, небольших складов), разрушение которых не связано с человеческими жертвами, - снижается.

Степень воздействия сейсмических волн на здания и сооружения зависит от геологических условий, см. соотношение (1.50). Наиболее благоприятными в сейсмическом отношении считаются скальные грунты. Сильно выветренные или нарушенные геологическими процессами породы, просадочные грунты, районы осыпей, плавунов, горных выработок не благоприятны, а иногда и не пригодны для строительства. В тех случаях, когда строительство все же осуществляется, прибегают к усилению оснований, что значительно удорожает строительные работы.

Сейсмостойкость зданий, сооружений обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении строительной площадки, так и разработкой конструктивных мероприятий, создающих возможность развития в ответственных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость зданий, сооружений действию сейсмических сил. Большое значение имеет также высокое качество строительных материалов и работ [26].

Учитывая приближенный характер методов расчетной оценки сейсмостойкости сооружений, вводятся ограничения горизонтальных размеров зданий и их высоты, что обусловлено необходимостью исключения совпадения значений периодов собственных колебаний здания и колебаний грунтового основания при прохождении сейсмических волн. Для кирпичных стен определены минимальные размеры сечений простенков и расстояния между стенами. Требуется обязательное введение поэтажных железобетонных поясов и т.д. Высота зданий с кирпичными стенами, возводимых в районах с 7-ми бальной сейсмичностью, не должна превышать 4-х этажей, а в 9-ти бальной – 2-х этажей. Более полные сведения о сейсмостойком строительстве приведены в СНиП 11-7-81.

Дата добавления: 2015-08-05