Прочные соотношения: «калькулятор» разрушений повысит безопасность жилья в зонах землетрясений

Ученые из Владикавказа впервые адаптировали передовую мировую методику расчета устойчивости и построили прогнозы сейсмостойкости типовых домов. Чтобы увидеть, как поведут себя здания при подземных толчках, авторы рассчитали нагрузки, которые испытает постройка, на примере записей реальных землетрясений. Специалисты рассчитали риски для панельных зданий и разработали план внедрения технологии в регионах, где высок риск разрушительных явлений. Теперь можно заранее узнать, сколько времени и денег потребуется на восстановление жилой инфраструктуры. Однако необходимо исследовать экономическую целесообразность внедрения нового подхода, рассказали «Известиям» специалисты.

Что такое кривые сейсмической повреждаемости сооружений

Ученые Владикавказского научного центра РАН и Северо-Кавказского горно-металлургического института предложили адаптировать международную методику оценки сейсмостойкости зданий для применения в России. В основе подхода лежит построение кривых сейсмической повреждаемости, которые позволяют прогнозировать не только вероятность и степень повреждения сооружений при землетрясениях, но и связанные с этим экономические потери, а также сроки, необходимые для восстановления объектов.

Сама технология заключается в проектировании зданий и сооружений с учетом критериев работоспособности (в мировой практике она называется Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE). Поход позволяет комплексно оценить сейсмостойкость самых разных сооружений. Однако в нашей стране он ранее не использовался, поскольку не существовало стратегий и соответствующей нормативной базы для его полноценного внедрения. При этом адаптировать его важно, поскольку большое количество российских городов, в том числе и ряд крупных, располагается в сейсмоопасных районах, рассказали ученые.

Специалисты впервые применили методику для оценки сейсмостойкости жилых домов Владикавказа и разработали рекомендации по ее внедрению на территории России.

В качестве примера авторы выбрали самую массовую серию крупнопанельных домов 1970–1980-х годов постройки, в которых во Владикавказе живет около 12% населения (а в отдельных районах города — до 60%). Сначала исследователи создали цифровую модель такого дома, учитывающую особенности его конструкции и материалов, и определили для нее три ключевых уровня повреждений, используемых в методологии PBEE: «непосредственное пребывание людей», «безопасность жизнедеятельности» и «предотвращение обрушения».

Чтобы увидеть, как поведут себя здания при подземных толчках, авторы рассчитали нагрузки, которые испытает здание, на примере 20 записей реальных землетрясений, масштабированных на пять уровней интенсивности сейсмического воздействия (итого 100 моделей).

На основе полученных данных ученые построили кривые сейсмической повреждаемости — графические модели, отражающие вероятность достижения различных уровней повреждений здания в зависимости от интенсивности сейсмического воздействия.

— Используя полученные нами кривые повреждаемости и зная, как рассчитывается стоимость ущерба от землетрясений, можно будет быстро определить, во сколько обойдется устранение последствий подземных толчков разной силы. Таким образом, для использования методики PBEE в России важно будет учесть в расчетах федеральные и региональные расценки стоимости восстановления сооружений, — рассказал руководитель проекта, кандидат технических наук, научный сотрудник комплексного научно-исследовательского отдела Владикавказского научного центра РАН Заурбек Абаев.

Авторы подчеркивают, что предлагаемые решения также могут быть полезны при процедуре признания жилого дома аварийным и обследовании технического состояния старых зданий.

Что ждет Камчатку: названы эпицентры сильных землетрясений на полуострове в будущем

Сильные подземные толчки могут вызывать оползни, лавины и повреждение инфраструктуры

Перспективы внедрения международной методики

Методика выглядит очень перспективной, потому что она помогает смотреть на сейсмостойкость зданий не формально, а по факту, отметил эксперт НТИ по технологиям Леонид Дробышевич. Важно не только понять, устоит дом или нет, но и заранее оценить, насколько сильно он пострадает, сколько будет стоить ремонт и как быстро его можно будет восстановить.

— Для сейсмоопасных регионов это особенно актуально: там цена ошибки слишком высока. Вместо ответа в духе «здание соответствует нормам» появляется более практичная картина: что произойдет при разных сценариях землетрясения, какие повреждения наиболее вероятны и какие объекты требуют особого внимания. Это очень полезно и для новых проектов, и для уже существующего жилфонда, — рассказал эксперт.

Если методику удастся встроить в действующие нормы и адаптировать под российские условия, она поможет принимать более точные решения: где дом можно усилить, где нужен капитальный ремонт, а где риски уже слишком высоки, подчеркнул Леонид Дробышевич. Речь идет не только о строительстве как таковом, но и о планировании бюджета, работе МЧС, коммунальных служб и страховых компаний. Однако чтобы методика заработала в полной мере, нужны актуальные карты сейсмоопасности, новые расчетные модели, стандарты и специалисты, которые умеют с этим работать, сказал специалист.

Как показало сильное землетрясение в Венесуэле, даже при высоком качестве строительства, в основном страдают здания, которые были построены в 1950–1960-е. Даже при соблюдении технологий существует фактор износа, и если новые здания выдержали такие сильные толчки, то старые нет, рассказал «Известиям» доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ Алексей Остапчук.

— Любой стране требуются свои методики оценки сейсмостойкости зданий, это необходимо. Но в эпоху рыночной экономики все начинают упираться в деньги. Готовы ли страны сносить не аварийное для жизни жилье, но уже с рисками разрушений в сейсмоопасных регионах? В подобных условиях придется фактически признать гораздо больше жилья аварийным и требующим переселения жителей, — отметил эксперт.

Исследователи из Владикавказа разработали конкретный план по внедрению технологии в России. Он включает создание обновленных региональных карт сейсмической опасности, переход от упрощенных расчетов к нелинейному моделированию для всех типов зданий, а также разработку государственных стандартов для оценки сейсмоустойчивости сооружений по шкале PBEE.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Устойчивое развитие горных территорий».