Основы теории сейсмостойкости сооружений

ВВЕДЕНИЕ

Сейсмостойкостьсооружений - это та часть общей динамики сооружений, в которой изучается поведение конструкций при сейсмических воздействиях и разрабатываются методы расчета сооружений, обеспечивающих их надежность при землетрясениях.

Понятие "сейсмика" происходит от греческого слова "seismоs", означающего колебания при землетрясении. Под землетрясением следует понимать сотрясения земной поверхности и, в частности, оснований сооружений, вызванные теми или иными процессами, происходящими в толще Земли.

Изучением землетрясений занимается ветвь науки, называемая сейсмологией. С точки зрения сейсмостойкости сооружений наиболее интересна одна из прикладных частей этой науки - инженерная сейсмология, задачей которой является изучение сейсмических явлений для осуществления сейсмического строительства.

Издавна землетрясения были "бичом человечества", обрекая его на неисчислимые людские и материальные потери. Следует заметить, что мистический ужас, вызываемый землетрясениями, часто создавал у людей образ некоей божьей кары, наказания ниспосланного людям свыше за их грехи. Примечательно, что эта точка зрения нашла отражение даже в таком солидном научном учреждении как Британское королевское общество, которое в 1752 году опубликовало сообщение о том, что землетрясения происходили там, где население нуждалось в наказаниях.

Отголоски этого метафизического воззрения обнаруживаются и в настоящие времена, когда в некоторых публикациях околонаучного содержания пытались подобным образом обосновать неотвратимость происшедших землетрясений в Сплите (Югославия) или Спитаке (Армения).

Вообще говоря, мифология, связанная с попытками объяснения причин возникновения землетрясений, чрезвычайно занимательна и, во многом, поучительна. Так например, в Японии, где землетрясения часто сопровождаются извержениями вулканов, существовал миф о том, что это является проявлением дыхания чудовищного подземного дракона, обитающего в недрах земли. Другое поверье, бытовавшее у северных народов, связано с представлением о том, что земля в виде плоского диска покоится на спинах гигантских китов. Движения этих китов вызывают сотрясения земной поверхности.

Теперь достаточно заменить огнедышащего дракона расплавленной магмой ядра Земли, а китов - континентальными плитами, и мы получим поразительное соответствие этих мифов современным представлениям сейсмологии.

Землетрясения представляют собой одно из наиболее частых природных явлений. По сведениям сейсмологов общее число отмечаемых ежегодно землетрясений достигает несколько тысяч или десятков тысяч в год.

5

Наглядное представление о количестве регистрируемых ежегодно землетрясений дает следующая таблица.

Таблица 1

Слабые землетрясения ощущаются лишь по несильному скрипу стен в деревянных конструкциях, позваниванию посуды или слабыми колебаниями люстр. Более сильные землетрясения вызывают растрескивание штукатурки, падение отдельных предметов мебели и другие явления, создающие дискомфорт. Далее по нарастающей градации отмечается все более усиливающиеся эффекты, вплоть до обвала кирпичных стен, разрушения несущих конструкций, растрескивания почвы, изменения земной поверхности и др. Это обычно при развитой инфраструктуре сопровождается пожарами, взрывами резервуаров ГСМ и другими опустошительными эффектами и приводит часто к большому количеству человеческих жертв.

Так например, при землетрясении 1556г. в провинции Шанси (Китай) погибло около 830 тыс. человек; землетрясение в Калькутте (Индия) 11 октября 1737г. унесло жизни свыше 300 тыс. человек; землетрясение в Калабрии (Италия) 5 декабря 1783г. - свыше 100тыс. человек; при землетрясении в г. Бухта Сагами (Япония) 1 ноября 1923г. погибло свыше 100 тыс. человек.

В числе разрушительных землетрясений последних десятилетий следует отметить следующие: г.Мехико (1957), Агадир (Марокко, 1960), Скопле (Югославия, 1963); Ниигата (Япония, 1964); г.Ташкент (Узбекистан, 1966), г.Каракас (Венесуэла, 1967); г.Сан-Франциско (США, 1971); г.Спитак (Армения, 1987) и др.

Вообще говоря, современное состояние науки и техники не позволяет пока ставить задачу предотвращения разрушительных землетрясений. Более того, даже прогноз землетрясений в широком смысле этого слова представляет собой трудноразрешимую задачу.

Тем не менее, уже сегодня ставится проблема разработки антисейсмических мероприятий, которая состоит из двух основных частей:

6

- разработка методов прогнозирования места расположения ожидаемого разрушительного землетрясения и оценка его интенсивности;

- разработка сейсмостойких сооружений, т.е. сооружений, обладающих высокими технико-экономическими показателями и способными воспринять землетрясение ожидаемой интенсивности с минимальным ущербом.

Безусловно, обе эти части тесно связаны друг с другом, но если решение задач первой части указанной проблемы относится к компетенции сейсмологии и геофизики, то решение задач второй части непосредственно связано со специализацией в области строительных наук и составляет основное содержание курса, называемого теорией сейсмостойкости сооружений.

Данное учебное пособие состоит из четырех глав.

В первой главе, носящей ознакомительный характер, излагаются основные понятия сейсмологии, полезные для специалиста, работающего в области теории сейсмостойкости сооружений.

Вторая глава составляет основное теоретическое содержание данного пособия. Здесь на базе общих уравнений динамики сооружений формулируются постановки задач расчета сооружений при сейсмических воздействиях, излагаются основные методы их решения. Особое внимание уделено нормативному методу расчета.

Третья глава имеет методологический характер и содержит примеры расчета здания на сейсмические воздействия.

В четвертой главе описывается методика расчета сооружений на сейсмические воздействия, основанная на применении метода конечных элементов.

7