Инновационные системы сейсмозащиты зданий и

В Межправительственном совете
Доклад по четвертому вопросу повестки дня
Инновационные системы сейсмозащиты зданий
и сооружений в Российской Федерации и за
рубежом
Смирнов В.И., вице-президент
Российская Федерация расположена
на территории, значительная часть которой подвержена сейсмическим катастрофам. Камчатка, Сахалин, Кавказ, Алтай,
Прибайкалье и другие регионы являются
сейсмически опасными зонами. Здесь
возможны землетрясения интенсивностью
9-10 баллов по шкале MSK.
Сейсмоизоляция – это современная
технология сейсмической защиты, обеспечивающая снижение сейсмического
воздействия на сооружения при землетрясении и доказавшая свою эффективность
и экономическую конкурентоспособность
по сравнению с обычными способами
обеспечения сейсмостойкости различных
сооружений, таких, как мосты, гражданские здания, исторические памятники и ответственные сооружения. Специалистами
России и зарубежных стран предложены
разнообразные устройства систем сейсмоизоляции и гасители энергии колебаний
сооружений, а также системы с использованием сплавов, запоминающих объемное
состояние, и другие «интеллектуальные»
системы.
Развитие инструментальной сейсмологии, углубление понимания целей и
критериев антисейсмического проектирования, методов динамики сооружений,
компьютеризация исследований, появление новых материалов – все это стало основой для создания современной, научно
обоснованной теории сейсмоизоляции и
для широкого применения сейсмоизоляции на практике.
Российская Федерация
В начале 70-х годов под руководством
проф. Я.М. Айзенберга была начата широкая программа экспериментальных и
теоретических исследований сейсмозащиты. Программа продолжается и поныне.
Разнообразные современные системы
сейсмоизоляции были разработаны и
используются в России. До конца 90-х годов XX в. Россия и страны бывшего СССР
занимали первое место в мире по числу
сейсмоизолированных зданий
Сегодня Российская Федерация занимает второе место в мире по количеству
построенных сооружений с системами
сейсмоизоляции – 550 объектов, включая
Российской ассоциации по
сейсмостойкому строительству
и защите от природных и
техногенных воздействий
70 сейсмоизолированных мостов.
Следует отметить, что в сейсмически опасных районах России до
настоящего времени строительство
высотных зданий, как с традиционными
антисейсмическими мероприятиями, так
и с системами сейсмоизоляции, не регламентируется нормами «Строительство
в сейсмических районах».
В соответствии с нормами, для каждого проектируемого высотного дома
должны быть разработаны специальные
технические условия (СТУ). Такие СТУ
разрабатываются для каждого здания,
снабженного системой сейсмоизоляции
для сейсмических районов России.
Приведу несколько примеров реконструируемых, усиляемых, проектируемых
и строящихся зданий различного назначения и устройства сейсмоизоляции по
высоте и в плане.
Впервые в России технология устройства резинометаллических сейсмоизолирующих опор была разработана и применена при реконструкции исторического и
архитектурного памятника – здания банка
РФ по Иркутской области (1998 – 2000 гг.).
Сейсмичность площадки 8 баллов.
Также были разработаны конструктивные решения и технологии устройства
сейсмоизолирующих опор в существующих зданиях, не отвечающих требованиям сейсмических норм: четыре корпуса
здания школы в г. Александровск-Сахалинский, Драматический театр в г. ГорноАлтайске, Государственный концертный
зал в г. Грозном. Каждый из этих объектов
является уникальным, историческим или
культурным памятником, и традиционные
способы обеспечения их сейсмостойкости
были неприемлемы.
В высотном домостроении также используется система сейсмоизоляции с устройством резинометаллических опор. В
частности, такие системы предусмотрены
при возведении ряда жилых и гражданских
зданий в Сочи.
Например, объемно-планировочное
решение 27-этажного жилого дома представляет собой сложную пространственную систему, высотного со смещенным
центром масс, как в плане, так и по высоте.
Конструктивный остов здания – железобе-
тонная рамно-связевая система с ядром
жесткости. Фундамент здания – сплошная
железобетонная плита, перекрытия – монолитные железобетонные. Сейсмоизоляция – 156 резинометаллических опор,
устраиваемых в уровне фундамента.
Кинотеатр с подземной автостоянкой и
офисными помещениями делового центра
представляет собой каркасно-стеновую
систему с монолитными железобетонными
перекрытиями, диафрагмами и ядрами
жесткости, с системой сейсмоизоляции в
виде резинометаллических опор. Здание
состоит из двух 21-этажных высотных блоков с офисными помещениями и 4-этажной
частью, включающей магазины и развлекательные центры. Система сейсмоизоляции
расположена на 5 этаже и состоит из 200
резинометаллических опор.
33-этажное здание жилого комплекса
с центром внешкольной работы состоит
из двух высотных жилых домов ствольно-стеновой системы с монолитными
железобетонными стенами, перекрытиями, диафрагмами и ядрами жесткости.
Каждый блок высотой 105 м имеет форму
«трилистника». Блоки, в уровнях 27 – 32
этажей соединены между собой галереей, запроектированной в металлических
конструкциях. Для исключения различных
неблагоприятных факторов во время землетрясения и снижения взаимного влияния
блоков друг на друга была разработана
система сейсмозащиты с устройством
резинометаллических изоляторов в местах опирания каждого этажа галереи на
здания. Такое решение сейсмоизоляции
позволило снизить взаимное влияние
блоков и при ветровых нагрузках.
Япония
В Японии первые исследования сейсмоизоляции сооружений в современном
представлении были начаты в 1981 г.
Специалисты основных строительных
корпораций страны начали исследования
и разработку систем сейсмоизоляции в
1983 – 1984 гг., и только в 1986 г. первые
несколько сейсмоизолированных зданий
были одновременно построены различны-
Официальный раздел. БСТ.12/2009
21
В Межправительственном совете
ми строительными компаниями.
Начиная с 1986 г., продолжалось устойчивое строительство сейсмоизолированных зданий, к концу 1994 г. было построено
около 80 таких зданий, расположенных
главным образом в районе г. Токио.
В 1995 г. произошло разрушительное
Ханшин-Авайское землетрясение. В г.
Кобе, расположенном очень близко к
эпицентру землетрясения, уже были построены два здания с использованием системы сейсмоизоляции, которые остались
неповрежденными. Это явилось толчком
к резкому увеличению строительства зданий с системами сейсмоизоляции.
В 2000 г. в Японии были введены
новые нормы проектирования сейсмоизолированных зданий, после чего расширился круг объектов, в которых стали
применяться технологии
сейсмической изоляции.
Системы сейсмоизоляции
стали использовать при
сооружении высотных зданий, под искусственными
площадками для большой
группы зданий, в небольших
частных деревянных домах
и др. Кроме того, сейсмоизоляция стала использоваться при оборудовании
мест, предназначенных для
произведений искусства,
автоматических складов
хранения товаров и оборудования, на маяках.
Япония, благодаря правительственной программе
поддержки научных исследований по разработке
инновационных технологий
сейсмоизоляции зданий и
выходу в свет норм проектирования сейсмоизолированных сооружений, вышла на
первое место в мире по количеству построенных изолированных объектов – свыше
3000 сооружений.
Следует отметить высокий технологический уровень сейсмоизоляции в
Японии.
Китайская Народная Республика
Китай – страна с очень высокой сейсмической активностью. Более 60%
территории находится в сейсмически
опасных зонах, около 80% сейсмически
опасных районов приходится на крупные
города. Интенсивность большинства
землетрясений, происходивших в Китае,
была выше предполагаемой, землетрясения приводили к разрушению зданий
и гибели большого количества людей.
Население страны высказывало требование иметь дома, безопасность которых
должна быть гарантирована даже во время
сильных землетрясений. В результате на
правительственном уровне было принято
решение о финансировании научно-исследовательских работ по обеспечению
безопасности населения от землетрясений и разработке инновационных систем
сейсмозащиты.
В стране было создано несколько государственных институтов по сейсмостойкому строительству – в Пекине, Шанхае,
Гуанджоу.
Первое сейсмоизолированное здание в Китае было построено в 1993 г.
По количеству использования систем
сейсмоизоляции в сооружениях Китай
сегодня занимает третье место в мире.
Общее количество сейсмоизолированных сооружений достигло 490, из них 270
зданий с надземной частью из кирпичной
кладки. Сооружено 9 железнодорожных
и автодорожных мостов с различными
системами сейсмоизоляции. Особенно
активно сейсмоизоляция применяется в
теплых зданиях.
Городские власти Пекина обратились
к специалистам по поводу рационального использования под жилую застройку
расположенной в центре города очень
большой площади с терминалом наземного метрополитена и железнодорожным
вокзалом. Причинами этого обращения
были неэффективное использование дорогой земли в центре города и проблемы
охраны окружающей среды, связанные с
железнодорожной вибрацией и шумом.
Оригинальным решением стало предложение создать сейсмически изолированную искусственную площадку в виде
платформы. Была запроектирована и
построена двухэтажная железобетонная
каркасная платформа, предназначенная
для размещения на ней оборудования
и средств технического обслуживания
железнодорожного вокзала и терминала
БСТ.12/2009. Официальный раздел
22
метрополитена и обеспечения поглощения
шума от движения поездов. Размер платформы составляет 1500 м в ширину и 2000 м
в длину. Слой с резинометаллическими
опорами расположен на верхнем этаже
платформы. Над платформой построено 50 жилых домов. Общая площадь
всех изолированных жилых домов около
480000 м2, что составляет самую большую в мире площадь с использованием
сейсмоизоляции. Исходя из результатов
расчета и экспериментальных исследований, использование изоляции между
этажами явилось наилучшим вариантом
из предложенных методов обеспечения
сейсмостойкости сооружения в целом.
Соединенные Штаты Америки
Первые проекты мостов и зданий с
использованием сейсмической изоляции начали
создаваться в Америке в
начале 1980-х годов. Однако данная технология
все еще не достигла здесь
повсеместного принятия
и одобрения. В США построено около 100 сейсмоизолированных зданий.
Использование сейсмоизоляции в США ограничивается главным
образом сооружениями,
к которым предъявляются
повышенные требования
сейсмостойкости. Это
крупные заводы, информационные центры, музеи
и исторические здания.
Изоляционная технология
редко рассматривается
для «обычных» зданий.
Экономические обоснования в проектах
сооружений зачастую рассчитываются по
первоначальной стоимости строительства,
в то время как стоимость и эффективность
в течение эксплуатационного периода
рассматриваются редко.
В Калифорнии, например, имеется
много сейсмических разломов, способных
производить сильные землетрясения,
а также более частые землетрясения
средней интенсивности. Прибыль от
использования сейсмоизоляции при
капиталовложениях в защиту зданий на
случай сильного землетрясения не всегда принимается во внимание вследствие
низкой вероятности таких землетрясений
на протяжении срока службы здания. Часто
недооценивается потенциальная возможность многократного разрушения несущих
и ненесущих элементов здания и функциональных сбоев в результате слабых или
умеренных землетрясений. Американские
специалисты считают, что обязанностью
инженеров-проектировщиков является
В Межправительственном совете
информирование общества, высших
должностных лиц и страховых компаний
о преимуществах инвестиций в изоляцию
сооружений и другие передовые системы
сейсмической защиты.
Разработка и внедрение технологий
регулирования сейсмической реакции для
зданий и мостов в США имеют медленную,
но положительную тенденцию. Проводится
постоянная работа по совершенствованию
норм и правил, в частности касающихся
практических разработок для зданий и
мостов на основе экспериментальных
исследований.
Применение технологии регулирования сейсмической реакции более
популярно при устройстве мостов, чем
при возведении зданий. Так, в Северной
Америке изолировано более 205 мостов
(Соединенные Штаты, Канада, Мексика и
Пуэрто-Рико).
Италия
В настоящее время Италия занимает
пятое место по количеству объектов, построенных с системами сейсмоизоляции.
Всего 33 сооружения.
Применение сейсмоизоляции и других
методов регулирования сейсмической реакции началось в Италии в 1975 г. в мостах
и виадуках (виадук Somplago) и в 1981 г. в
зданиях (здание пожарного депо нового
Центра управления чрезвычайными ситуациями в Неаполе). Благодаря «отличному
поведению» виадука с сейсмоизоляцией
Somplago во время землетрясения 1976 г.,
количество случаев применения систем
сейсмоизоляции для мостов и виадуков в
Италии быстро увеличивалось. В начале
1990-х годов было возведено уже более
150 объектов.
В последнее время, благодаря результатам научно-исследовательских
работ и введению нового итальянского
Сейсмического кода, который упростил
использование систем сейсмоизоляции,
в Италии наблюдается значительный
прогресс в использовании таких систем в
гражданских и промышленных сооружениях, а также мостах и виадуках. В процессе
проектирования и строительства находится большое количество зданий с системами изоляции. Среди них больницы, школы,
жилые дома и исторические памятники.
Кроме того, системы изоляции, изготовленные в Италии, были разработаны и
установлены на нескольких сооружениях
в других странах.
Республика Армения
Последние несколько лет сейсмическая изоляция очень интенсивно развивается в Армении которая является пионером
использования сейсмоизоляции среди
развивающихся стран. Технология сейсмоизоляции находит широкое применение
при возведении новых жилых зданий,
школ, больниц и при усилении существующих сооружений.
Армения – одна из первых стран, где
усиление существующих зданий было
выполнено с использованием сейсмоизолирующих устройств в основании и на покрытии зданий без выселения жильцов.
В настоящий момент в республике разрабатываются проекты и осуществляется
строительство нескольких 10 – 20-этажных
зданий многофункционального назначения с системами сейсмоизоляции в виде
резинометаллических опор.
В отношении других стран следует
отметить большой интерес применения
в сооружениях систем сейсмоизоляции и
регулирования сейсмической реакции на
Тайване, в Новой Зеландии, Турции, Чили,
Греции, Португалии, Мексике, Иране.
В заключение следует отметить, что
в сейсмических регионах мира возрос
интерес к обеспечению сейсмостойкости
зданий с использованием инновационных
технологий. В настоящий момент более
4500 сооружений в мире (главным образом, мосты, виадуки и здания) защищены
от землетрясений посредством сейсмической изоляции и другими современными
пассивными системами регулирования
сейсмической реакции, и их число все
время возрастает.
Расширилась область применения
сейсмоизоляции. Сейсмоизоляцию стали использовать для таких сооружений,
как исторические памятники, высотные
здания, искусственные площадки для
нескольких зданий, а также для одно- и
двухэтажных домов. Кроме того, начали
применять сейсмоизоляцию для защиты
оборудования, такого, как автоматические
складские системы хранения аппаратуры,
на маяках, а также для защиты произведений искусства.
Доля проектирования и строительства
сейсмоизолированных зданий по отношению к традиционным антисейсмическим
еще мала, но уже заметна тенденция
роста их числа в сейсмически опасных
районах.
В странах, подверженных землетрясениям, таких, как Япония, США, Китай,
Италия, осуществляется государственное
финансирование научно-исследовательских работ по обеспечению безопасности населения в сейсмически опасных
районах и разработке инновационных
технологий сейсмоизоляции сооружений.
К сожалению, в Российской Федерации
государственное финансирование научных исследований по созданию новых
эффективных сейсмозащитных систем,
в том числе систем сейсмоизоляции, не
осуществляется.
По четвертому вопросу повестки дня «Инновационные системы сейсмозащиты зданий и сооружений в
Российской Федерации и за рубежом» принято следующее решение.
4.1. Принять к сведению и одобрить основные положения доклада «Инновационные системы сейсмозащиты зданий и сооружений в Российской Федерации и за рубежом».
4.2. Отметить актуальность проблем, существующих в последнее время в странах Содружества по дальнейшему сближению
позиций и подходов по прогнозированию и оценке периодичности и интенсивности землетрясений, совершенствованию действующей нормативной базы и шкалы для определения интенсивности землетрясения.
4.3. Рекомендовать министерствам и государственным комитетам по строительству стран СНГ изучить положительный опыт,
представленный в докладе, расширить сотрудничество и обмен информацией по вопросам обеспечения сейсмической безопасности зданий и сооружений и снижения сейсмического риска в сейсмически активных районах.
4.4. Межгосударственной научно-технической комиссии по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в
строительстве (МНТКС) рассмотреть вопрос использования странами Содружества утвержденных нормативных документов по
сейсмостойкому строительству, а также целесообразность разработки специальных межгосударственных норм.
Официальный раздел. БСТ.12/2009
23