Опорная сеть зданий-представителей как основа региональной
реклама
Рашутина Н.В., Бержинский Ю.А. Опорная сеть зданий-представителей как основа региональной макросейсмической шкалы // Геофизические исследования в Восточной Сибири на рубеже XXI века: Сб. науч. тр.- Новосибирск: Наука. Сиб. издат. фирма РАН, 1996. - С. 199-203. Опорная сеть зданий-представителей как основа региональной макросейсмической шкалы Н.В. Рашутина, Ю.А. Бержинский Институт земной коры СО РАН циальных конструктивных мероприятий, Основные цели создания опорной сети зданий-представителей. Формирование и развитие вследствие сезонных деформаций их оснований. отечественных норм сейсмостойкого строительства В условиях большого разброса параметров во второй половине XX в. совпало с периодом технического состояния зданий, используемых для экстенсивного развития народного хозяйства оценки макросейсмических эффектов, а также страны, что, естественно, наложило отпечаток на необходимости получения информации о поведении застройку городов. Это привело к наличию в зданий и сооружений, несущие конструкции пределах одного населенного пункта зданий и которых при интенсивном сейсмическом сооружений с различной степенью сейсмоусиления, воздействии работают за пределами упругости, соответствующей времени их возведения. возникает необходимость иметь базу отсчета при Данная ситуация в особенности характерна оценке степени и распределения числа повреждений для сейсмических районов Восточной Сибири, где зданий различных типов. Такой базой может можно выделить еще и ряд специфических послужить опорная сеть зданий-представителей, региональных особенностей: состоящая из объектов, характерных для местной - большинство крупных населенных пунктов застройки, типы которых идентифицированы расположено в поймах и на первых надпойменных согласно действующей сейсмической шкале, а террасах рек, для которых инженерно-геологические грунтовые комплексы, на которых они и сейсмологические условия отличаются большим расположены, определены в соответствии с картой разнообразием; сейсмомикрорайонирования. строительство каскада крупных Учет перечисленных региональных водохранилищ и ГЭС на р. Ангаре, возведение факторов создает значительные трудности при предприятий-гигантов и хозяйственное освоение выборе зданий опорной сети, но в то же время обширных территорий, приведшие к нарушению повышает ее информативность, поскольку без естественного гидрологического режима, предварительного изучения ситуации невозможно под-топлению территорий и, как следствие, к получение сколько-нибудь взвешенных оценок обводненности грунтов и изменению их макросейсмического эффекта. Особенно важно сейсмических свойств; иметь опорную сеть зданий-представителей для - широкое распространение пучинистых населенных пунктов с неоднородными грунтов, характерное для Восточной Сибири, инженерно-геологическими и гидрологическими вызывающее преждевременный физический износ условиями, так как в экстремальной обстановке зданий и сооружений, построенных без спе после землетрясения довольно трудно оценить связь 199 между макросейсмическими эффектами и типом грунтового комплекса конкретного здания. .Для зданий опорной сети проводятся инструментальные замеры периодов собственных колебаний путем записи микросейсм, которые служат интегральной оценкой технического состояния здания до и после землетрясения. Техническое состояние зданий и параметры их собственных колебаний фиксируются не реже одного раза в пять лет, что позволяет следить за повреждениями, получаемыми зданием в процессе эксплуатации. Детальное обследование производится после землетрясений интенсивностью 6 баллов и более. Немаловажную роль опорная сеть играет при проведении анкетирования населения по результатам землетрясения, поскольку она позволяет вести направленный поиск, что значительно сокращает сроки проведения обследования, повышает его информативность и уменьшает затраты на него. Естественно, что наличие опорной сети не исключает проведения сплошного обследования, особенно при землетрясениях интенсивностью 7 баллов и более. Дополнительное инженерно-техническое обследование, способное объяснить наблюдаемые эффекты, проводится и в тех случаях, когда результаты для конкретного здания выпадают из общей картины. На каждое здание опорной сети заполняется паспорт стандартной формы, составленный с таким расчетом, чтобы его можно было использовать при сплошной паспортизации зданий городской застройки, проводимой с целью определения уровня сейсмического риска и подготовке мероприятий по его уменьшению. Созданная для опорной сети база данных содержит информацию в цифровой и графической формах и ориентирована на PC IBM. База данных может быть расширена с охватом всей городской застройки и использована при обработке результатов сплошной паспортизации. Таким образом, опорная сеть зданий-представителей служит, для: оценки макросейсмического эффекта землетрясений различной интенсивности с надежной идентификацией сейсмогенных повреждений; уточнения карт сейсмического микрорайонирования путем сопоставления реакции зданий одинаковых типов на различных грунтовых комплексах. Разработки, выполненные в процессе создания опорной сети зданий-представителей, положены в основу методики проведения сплошной паспортизации городской застройки и обследования последствий землетрясений, а так 200 же могут быть использованы при создании региональной сейсмической шкалы. В этом смысле опорная сеть может рассматриваться как материальная основа макросейсмической части шкалы. Классификация типов зданий опорной сети. Существующее положение в развитии шкалы сейсмической интенсивности может быть охарактеризовано как переходный период, когда прежняя шкала MSK-64 уже не удовлетворяет современным требованиям, а новая шкала еще не утверждена. В этих условиях Европейской сейсмологической комиссией (ESC) в 1992 г. был предложен Проект новой макросейсмической шкалы EMS-92 (4) для опытного применения в течение трехлетнего испытательного срока. Шкала EMS-92 содержит ряд принципиальных положений, введение которых позволяет перейти к качественно новому уровню макросейсмической оценки интенсивности землетрясения на основе анализа повреждений зданий и сооружений, игнорировать которые невозможно. Однако попытки использования шкалы EMS-92 при создании опорной сети зданий-представителей, а также обработке результатов обследования последствий Тункинского землетрясения 30.06.95 выявили необходимость большей детализации конструктивных типов зданий применительно к региональным особенностям застройки для адекватной оценки интенсивности землетрясения. Предполагается, что конкретное наполнение таких терминов, как "классы повреждаемости" зданий, "уровни регулярности", "уровни качества" и "уровни антисейсмического усиления", может быть сделано только в увязке с национальными (или региональными) сейсмическими нормами. В условиях переходного периода такое положение вызывает необходимость параллельного использования обеих шкал. Классификация зданий по шкалам MSK-64 и EMS-92. Применительно к названным шкалам для нашего региона выделяются следующие характерные классы повреждаемости (шкала EMS-92) и типы (шкала MSK-64) зданий. Класс повреждаемости А (тип А). Здания, традиционно относимые шкалами к этому типу, в регионе практически не встречаются. Наиболее близкими к этому типу по физико-механическим свойствам применяемых материалов являются шлакоблочные и шлакозаливные дома, здания из комбинированной кладки (кирпич и шлакоблоки), особенно со сроком службы порядка 20 лет. Перекрытия по деревянным или металлическим балкам. Класс повреждаемости В (тип Б). Кирпичные здания, возведенные без антисейсмических мероприятий, с физическим износом не более 40%. При большей величине физического износа такие здания тяготеют к предыдущему классу (типу). Перекрытия деревянные по деревянным или металлическим балкам. В опорную сеть по мере возможности включаются здания простой формы в плане. Класс повреждаемости С (типы Б, В). Здания без антисейсмического усиления крупноблочные и панельного типа, фахверковые строения, каркасные здания без антисейсмического усиления. Неармированная кирпичная кладка с железобетонными перекрытиями. Класс повреждаемости D (тип В). Деревянные дома хорошей постройки. Армированная кирпичная кладка с обрамлением, железобетон с минимальным уровнем антисейсмического усиления. Уровни качества и регулярности соответствуют требованиям СНиП 11-7-81 "Строительство в сейсмических районах". Физический износ не более 40%. При износе более 40% и несоответствии требованиям СНиП 11-7-81 здания тяготеют к предыдущему классу. Класс повреждаемости Е. Железобетонные здания со средним уровнем антисейсмического усиления. Уровни качества и регулярности соответствуют требованиям СНиП 11-7-81, физический износ не более 40%. При несоответствии требованиям норм и физическом износе более 40% здания тяготеют к предыдущим классам. Класс повреждаемости F. Здания железобетонные с высоким уровнем ответственности и антисейсмического усиления (специальные мероприятия). В особую группу выделяются сооружения, нестандартные по динамическим параметрам (особо жесткие и особо гибкие, такие как церкви, дымовые трубы и т.п.), способные дать представление о спектральном составе сейсмического воздействия. Определение уровня регулярности. Основные факторы, определяющие уровень регулярности здания: - общие пропорции и предельные размеры; - общие или местные отклонения от регулярности в плане и по высоте; - распределение масс и жесткостей; - способность к рассеянию энергии (возможность образования пластических шарниров). Шкалой EMS-92 устанавливаются три уровня регулярности: низкий R1, средний Rm и высокий Rh. Применительно к конкретным условиям Восточной Сибири, в частности, имеем следующее: Низкий уровень регулярности Rl. Требования СНиП 11-7-81 в отношении размеров и пропорций зданий и их частей не соблюдаются. Средний уровень регулярности Rm. Соблюдаются требования СНиП 11-7-81 в отношении размеров и пропорций зданий и их частей. Высокий уровень регулярности Rh. Соблюдаются требования СНиП 11-7-81 в отношении размеров и пропорций зданий и их частей. Осуществляется активный контроль за пластической работой материалов и конструкций с помощью специальных мероприятий. Проводятся работы по усовершенствованию пластических свойств конструктивных систем. Уровни качества. Понятие уровня качества в шкале EMS-92 включает оценку уровня качества выполнения строительных работ и качества строительных материалов. При формировании опорной сети зданий-представителей приняты следующие уровни качества. Низкий уровень QI. Здания всех типов с износом основных несущих конструкций более 40%. Кирпичные здания с категорией кирпичной кладки по сопротивляемости сейсмическим воздействиям (СНиП 11-7-81, п. 3.39) ниже второй. Здания всех типов, имеющие отклонения конструктивных элементов от вертикали и горизонтали (искривления горизонтальных и вертикальных линий фасадов, эксцентриситеты элементов каркасов, превышающие нормативные значения и т.п.). Средний уровень Qm. Здания индустриального изготовления с износом основных несущих конструкций не более 40%. Рубленые деревянные здания хорошей постройки без значительного биологического повреждения древесины. Кирпичные здания с категорией кладки не ниже второй. Высокий уровень Qh. В климатических условиях Восточной Сибири при существующей культуре строительного производства практически недостижим. Такой уровень качества возможен в исключительных случаях только при особо строгом контроле качества работ и материалов. Уровни антисейсмического усиления ASDi. Здания с антисейсмическим усилением в шкале MSK-64 не представлены. Общие характеристики уровней антисейсмического усиления в соответствии со шкалой EMS-92 выглядят так: 201 ASD7. Минимальный уровень антисейсмического усиления (ограничение конструктивных размеров, простейшие методы расчета). В зависимости от ответственности сооружения (склад, не содержащий ценного оборудования) сейсмические нагрузки может быть разрешено не учитывать. Специальных мероприятий по увеличению пластических свойств несущих конструкций и т.п. не требуется. ASD8. Умеренный уровень сейсмоусиления. Частично осуществляются специальные мероприятия по увеличению пластических свойств несущих конструкций. Строгое соблюдение правил проектирования. ASD9. Уровень антисейсмического проектирования высокий, ограничительный. Определение сейсмических нагрузок динамическими методами. Выполнение специальных мероприятий по увеличению пластических свойств несущих конструкций. EASD. Здания хорошей постройки, не имеющие антисейсмического усиления, но способные к восприятию определенной части сейсмической нагрузки. Здания, рассчитанные на ветровые нагрузки. Шкалой установлено сответствие типов ASD классам повреждаемости: тип ASD7 - С, ASD8 - C,D, ASD9 - D, Е и EASD - С. В обычных условиях все здания одного населенного пункта, имеющего ограниченную протяженность и расположенного в достаточно однородных грунтовых условиях, имеют одну какую-либо степень сейсмоусиления. Для Восточной Сибири такие условия, как было указано выше, не соблюдаются и уровень антисейсмического усиления при формировании опорной сети фиксируется для каждого конретного здания. Методика определения интенсивности землетрясения с применением опорной сети зданий-представителей. Оценка интенсивности землетрясения производится по двум направлениям: - В соответствии с разделом описательной части шкалы "люди и окружающие их предметы" опрашивается население зданий опорной сети с заполнением анкеты единого образца. - Эффективность обработки повышается при создании базы данных для персонального компьютера, в которой отражается структура опорной сети, конструктивные типы зданий, угол подхода сейсмических волн к зданию, инженерно-геологические условия, а также основные признаки интенсивности с их весовыми коэффициентами. 202 - Фиксируются повреждения зданий, полученные в результате землетрясения, определяется их степень в соответствии с рекомендациями (1), после чего с использованием раздела описательной части шкалы "здания и сооружения" и учетом данных анкетирования на основе статистических и экспертных методов определяется интенсивность в баллах. При этом считается справедливым нормальный закон распределения числа зданий по степени их повреждения и полная статистика зданий, как поврежденных, так и без повреждений. Как отмечалось в работе Н.В. Шебалина (2), при достаточном количестве зданий в выборке (около 10) вполне доступна точность оценок в четверть балла. Однако на практике такое количество зданий при крайне неоднородных грунтовых условиях, какие имеют место в поймах рек и на первых надпойменных террасах, выбрать, как правило, не удается. В силу этих причин допустимы оценки интенсивности промежуточного характера, т.е. 5-6, 6-7 баллов и т.п.. Эффективность оценки макросейсмического эффекта с применением опорной сети зданий-представителей была проверена при обследовании последствий Тункинского землетрясения 30.06.1995 в Иркутске, Ангарске и Шелехове. В условиях ограниченных материальных и технических возможностей полевые работы были проведены в короткие сроки с минимальными затратами, позволив впервые вести направленный поиск информации. В 1992-1995 г.г. была создана опорная сеть для Иркутска (160 зданий) и Ангарска (100 зданий). В настоящее время ведутся работы по совершенствованию и дополнению созданных опорных сетей, а также начаты работы по созданию аналогичной сети для г. Шелехова. В рамках целевой программы "Сейсмобезопасность Иркутской области" предусмотрено развитие опорной сети с охватом Байкальска и Слюдянки на юго- востоке и г. Усолья-Сибирского на северо-западе. С завершением этих работ для сейсмических районов Иркутской области будет создана единая система наблюдения за макросейсмическими эффектами на 200-километро-вом луче от Байкальска до Усолья-Сибирского, охватывающая зоны с интенсивностью сейсмических воздействий от 9 до 7 баллов. Список литературы 1. Методические рекомендации по инженерному анализу последствий землетрясений / ЦНИИСК им. B-А.Кучеренко, МСССС: 1980. 2. Шебалин Н.В. Распределение степеней повреждения зданий и использование его при оценке балльности // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности.-М.: Наука, 1975.- С.253-266. 3. Шебалин Н.В. Об оценке сейсмической интенсивности // Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности.М.: Наука, 1975.- с. 87-109. 4 .Grunthal G. European Macroseismic Scale 1992 (up-dated MSK-scale)// European Seismological Commission, Luxembourg, 1993. 5. Rashutina N.V., Shermam S.I., Berzhinsky YU.A., Pavlenov V.A. The basic principles of scale for assessing earthquake intencity in the Baikal seismic zone / Proceedings of the fifth international conference on seismic zonation. Nice, France 1995, p.1106-1114.
