Екатерина Шульман
о новой роли
российского парламента

«Самое прочное здание — это деревянный дом из лиственницы»

Геофизик Виктор Селезнев о сейсмостойком строительстве

Мария Роговая (Новосибирск) 22.03.2011, 12:59
Собственные колебания 17-этажного жилого дома. Аномалий, указывающих на дефекты в конструкциях, не... ГС ИНГГ СО РАН
Собственные колебания 17-этажного жилого дома. Аномалий, указывающих на дефекты в конструкциях, не обнаружено

В Японии в зонах высокой сейсмической активности здания были рассчитаны на максимальную мощность землетрясения, и они ее выдержали. О том, сколько зданий в сейсмически активных зонах России сегодня соответствуют своим проектным нормативам и какую угрозу для жителей представляют попытки строителей сэкономить, «Газете.Ru» рассказал директор геофизической службы СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Виктор Селезнев.

— Могут ли сейсмические явления стать причиной серьезной чрезвычайно ситуации в России?
— Природа землетрясений достаточно хорошо изучена, чтобы не говорить о возникновении непредвиденной ситуации. Имея в распоряжении подробную карту сейсмической активности территории, достаточно лишь следовать предусмотренным нормам строительства, которое в зонах повышенной сейсмичности обходится дороже на 10—30%. Разница в цене — это не повод искусственно занижать возможную опасность: расплата за «авось» всегда несравнимо больше. Между тем карты сейсмического районирования в нашей стране требуют серьезного уточнения, особенно в зонах с не очень большой сейсмической активностью. Для этого там нужно расширять сеть станций и проводить исследования.

Сейсмостанции в России находятся на балансе РАН, хотя во многих странах они являются собственностью государства: оперативные данные с них необходимы МЧС и органам управления,

а ученые обрабатывают информацию, предоставляют анализ и прогноз.

— Расширение сети в России оправдает себя экономически?
— Доказать экономический эффект на практике смогут только грядущие катаклизмы, как бы негуманно это ни звучало. Сейсмологические исследования показывают, на какую мощность землетрясений и уровень вибраций нужно рассчитывать, проектируя здания на конкретных участках. В частности, уточненные данные по Кузбассу показали, что уровень сотрясаемости во многих районах не 6, а 7 баллов. Это означает, что часть объектов, рассчитанных на 6 баллов и менее, могут разрушиться. Только не нужно путать сотрясаемость и магнитуду, как это часто сегодня делают в прессе. Магнитуда японского землетрясения составила 9 баллов по шкале Рихтера: по объему выделенной энергии это примерно миллион атомных бомб, сброшенных на Хиросиму. В Кузбассе энергия возможных землетрясений в миллион раз меньше, то есть примерно одна такая бомба. Но, чтобы разрушить здание, достаточно и мощности, выделяемой взрывом 1 кг тротила. Это зависит от того, как оно построено и где происходит землетрясение. В Японии здания строились в расчете на мощные землетрясения, поэтому основной ущерб там нанесен цунами.

— Сопоставимы ли по мощности цунами и землетрясения? Здание, которое устоит при 9 баллах, может быть разрушено 10-метровым цунами?
— Самое прочное здание, которое не разрушится ни при каком землетрясении, — это деревянный дом из лиственницы, построенный «в лапу», когда бревна в углах дома перекрещиваются через одно, а их концы расширены. Такой дом не сломается, даже если на месте горизонтальной земли останутся одни разломы. Он может разве что перевернуться на стену и слегка сложиться. Но, если вода поднимется всего на полметра, она унесет его, как спичечный коробок.

А десятиметровое цунами унесет любое здание, если оно не построено по принципу форта — монолитная конструкция весом в тысячу тонн с глубоким фундаментом и гранитным волнорезом.

Это идеальная форма против любых цунами, зато землетрясение может разрушить монолитное здание без элементов, позволяющих зданию вибрировать и не разрушаться. Если же мы хотим иметь здание, выдерживающее и то и другое, конструкцию разработать можно, только стоить она будет немало. Это должен быть монолитный дом с подвижным элементом.

— Что собой представляет здание, которое может выдержать землетрясение с магнитудой 9 баллов? Главное здание МГУ выдержит? А Московский Кремль?
— Ответ уже продемонстрировали события в Японии, где всего в 100 км от эпицентра землетрясения устояли все здания современной постройки. Объект выдерживает столько баллов, на сколько он рассчитан, если, конечно, при его строительстве соблюдены все проектные показатели. Москва не находится в зоне сейсмической активности, поэтому очевидно, что ее не строили в расчете на такие землетрясения. В этом просто нет смысла, поскольку землетрясения не происходят в любом месте. Все территории, где они случаются с определенной регулярностью, хорошо известны. В России это прежде всего Камчатка, Забайкалье, Алтай, Саяны, Северный Кавказ и ряд других мест. Поэтому, говоря о готовности России к землетрясениям, логичнее интересоваться сейсмостойкостью объектов в первую очередь на этих территориях и их готовностью к возможному уровню сотрясаемости. Но ответить на эти вопросы можно только после обследований самих зданий и составления среднесрочного прогноза (на 1—10 лет) сейсмоактивности территории.

Если же не верить документации, то с помощью методов сейсмической диагностики можно определить, насколько уязвимы в сейсмическом отношении и Московский Кремль, и МГУ.

Полагаю, впрочем, что вышеупомянутые здания построены с хорошим запасом сейсмостойкости и точным соблюдением нормативов, чего не могу сказать обо всех зданиях нашей страны. При обследовании объектов я неоднократно сталкивался с ситуацией, когда крыша даже не скреплена со стенами арматурой, а просто лежит на них: в частности, так обстояли дела в одном из зданий Национального банка Бурятии до его реконструкции. Естественно, она слетит после нескольких толчков или постепенно сместится и упадет от длительной техногенной вибрации, источниками которой являются поезда, метро, трамваи, мощные компрессоры, работающие на расстоянии нескольких километров, буровая строительная техника. Известна масса случаев образования трещин в капитальных стенах домов, расположенных по соседству со строительной площадкой.

— Как вы относитесь к утверждению, что в странах с развитой коррупцией смертность при землетрясениях выше?
— Совершенно справедливое замечание. Количество жертв от землетрясений в мире растет, хотя они не участились и не усилились по мощности. Сейсмическая активность нашей планеты в среднем остается без изменений, а больше людей при землетрясениях гибнет потому, что выросла численность населения и плотность застройки. Рост количества зданий местами привел к снижению их качества. Повторюсь про японские события: они доказали, что соблюдение проектных норм строительства может свести к минимуму число жертв даже при очень высокой мощности землетрясения.

Строительная отрасль в России самая коррумпированная и удобная для «экономии» средств.

Застройщики заинтересованы в удешевлении себестоимости возводимых зданий любыми путями. Но этих путей немного, и большинство из них приводит к несоответствию объекта требуемым характеристикам. Для гарантии соответствия нормам нужен профессиональный контроль, который сегодня можно выполнить, не разрушая здания, по уникальной новой методике геофизической службы СО РАН.

— Опишите, пожалуйста, принцип ее действия. В чем уникальность?
— Это особый алгоритм обработки сейсмограмм, основанный на когерентности (согласованности) и использующий метод стоячих волн. Если прибегнуть к художественному сравнению, мы научились особым образом распознавать информацию, как если бы, сидя в многотысячном зале на концерте большого симфонического оркестра, вы слышали каждую ноту и определили, у какой из множества скрипок лопнула струна и даже какая именно. При этом ваше ухо автоматически отфильтровывало бы все посторонние шумы. Метод позволяет восстановить карты амплитуд и фаз целого набора стоячих волн, образующихся в зданиях и сооружениях. Детальность такого обследования на порядки точнее существующих в мире методов, а себестоимость невысока. Проверка сейсмостойкости и целостности здания по этой методике стоит около ста тысяч рублей. Важно, что в отличие от других методов, теряющих точность обследования на крупных объектах, метод стоячих волн дает тем больше информации, чем крупнее строение. Он вне конкуренции для обследования промышленных объектов и плотин ГЭС. На СШ ГЭС с его помощью получены карты более 30 стоячих волн. По этой же методике только за последний год обследованы четыре плотины ГЭС, более 50 зданий, два моста, уникальные здания театров и несколько крупных промышленных объектов.

Мы получили на эту разработку несколько патентов и золотую медаль Московского международного салона инноваций.

А аппаратура для создания системы мониторинга большого объекта стоит меньше миллиона. Ее можно вмонтировать в здании стационарно, чтобы она в реальном времени регистрировала вибрации и контролировала целостность конструкции, что уже сделано на целом ряде крупных объектов.

— Какие типы сейсмостойких конструкций, на ваш взгляд, наиболее надежны?
— В мире существует целый спектр различных технологий сейсмостойкого строительства. Как правило, они представляют собой монолитные конструкции с подвижными основаниями. Когда монолитные этажи стянуты между собой подвижным тросом, здание не разрушится, пока будет цел его фундамент. Распространено мнение, что высотные объекты менее сейсмостойкие. Это абсолютный миф, основанный на том, что на верхних этажах сотрясаемость обычно повыше. Если все проектные нормы соблюдены, высотка при землетрясении будет качаться, но устоит, а вот построенные на слабых грунтах без учета сейсмической активности соседние малоэтажки разрушатся. Чтобы этого не происходило, нужно проводить микросейсморайонирование и ставить дома строго по проектам, сделанным с учетом геологических исследований. Сегодня грустно смотреть на частные коттеджи, где, казалось бы, живут обеспеченные люди. В отсутствие архитекторов и принимающих работу профессионалов там часто используют конструкции, заведомо обреченные на разрушение, — например, тонкостенные кирпичные дома без каркаса.

— Ведете ли вы наблюдение за крупными объектами?
— Да, в их числе пока лишь десятки зданий и сооружений, среди которых ледовый дворец спорта «Мегаспорт» и Новосибирский государственный академический театр оперы и балета, где при строительстве купола использована уникальная сейсмостойкая конструкция. Директор НГАТОиБ Борис Мездрич по образованию геолог и не понаслышке знаком с проблемой сейсмостойкости конструкций.

Огромный многотонный купол театра диаметром 60 м и высотой 35 м закреплен лишь в одной точке: остальные его части крепятся на подвижных конструкциях.

В результате колебания фундамента и купола театра различаются на порядки (наверху оно меньше), что особенно важно из-за близости неглубокой линии метро. Есть несколько основных условий сейсмостойкости зданий. Среди них прочность грунта, от которого зависит глубина укладки фундамента и меры по его упрочнению. В некоторых зданиях вибрации происходят таким образом, что при серьезных толчках они развалятся на куски или сложатся, как книга, поскольку вибрации в разных частях с виду единой конструкции происходят в разных направлениях. Такое часто случается в зданиях, где были сделаны пристройки без соблюдения норм сейсмической безопасности. Также очень важно, чтобы собственная частота колебаний здания не совпадала с частотой волны, воздействующей на его фундамент. Данные об этих частотах легко получить из записей ближайших сейсмостанций. Когда в грунт вокруг здания поступает волна частотой 2 Гц, а у самого строения частота такая же, его будет постоянно трясти и постепенно разрушать без землетрясений, от обычных техногенных шумов. Так, работающий мощный компрессор одного из институтов СО РАН заставлял трястись новый девятиэтажный жилой дом на расстоянии двух километров. Не вдаваясь в подробности, могу сказать, что это же явление послужило причиной гибели большого количества людей на СШ ГЭС, которых затопило в одном из отсеков.