17 января 1994 года землетрясение магнитудой 6,7 произошло в районе Лос-Анджелеса Резеда. Землетрясение в Нортридже, как оно стало известно, привлекло внимание всей страны к фундаментальному структурному изъяну, от которого страдают тысячи зданий, расположенных в некоторых из наиболее сейсмоопасных городов Америки. Когда землетрясение сотрясло город, нижний этаж жилого комплекса Northridge Meadows рухнул под двумя этажами выше. В результате погибли шестнадцать жителей первого этажа. Почему комплекс рухнул, когда так много других зданий осталось стоять? Потому что в Northridge Meadows было мягкое здание.
Мягкие этажные здания, называемые так потому, что первые этажи гораздо менее жесткие, чем предыдущие этажи, особенно подвержены повреждениям от землетрясений из-за больших неармированных проемов на первых этажах. и в их типичной конструкции с деревянным каркасом. В этих проемах часто размещаются парковочные места, большие окна и просторные вестибюли в жилых и торговых зданиях. Без надлежащего проектирования такие конструкции гораздо менее способны противостоятьбоковым силам - силам, толкающим конструкцию из стороны в сторону - которые возникают при землетрясениях. Как только первый этаж складывается, верхние этажи блином падают на него, сминая все, что находится под ним.
Это явно большая проблема в густонаселенных сейсмоопасных районах, таких как Лос-Анджелес и Сан-Франциско (и, теоретически, в любом городе с высокой плотностью населения, сейсмоопасном районе с аналогичной конструкцией), однако в этих городах все еще есть тысячи многоэтажных зданий, нуждающихся в улучшении. Исследование, проведенное Калифорнийским технологическим институтом, показало, что из примерно 20 000 многоэтажных зданий в Лос-Анджелесе только 800 были улучшены. Сан-Франциско сталкивается с аналогичной ситуацией с его примерно 10 800 многоэтажными зданиями. Что еще хуже, эксперты предсказывают сильное землетрясение в районе залива в ближайшие несколько десятилетий. Если такое землетрясение произойдет, 80 процентов многоэтажных зданий Сан-Франциско рухнут или будут повреждены без возможности восстановления.
Что можно сделать, чтобы предотвратить такую катастрофу? Вот тут-то и появляются инженеры-строители, такие как доктор Скотт Адан. Основатель и руководитель Adan Engineering, он специализируется на процессе, известном какмодернизация сейсмостойких конструкций..
" Боковая жесткость и прочность являются ключевыми составляющими, обеспечивающими сейсмоустойчивость зданий". В многоэтажном здании боковые компоненты либо никогда не учитывались, либо они просто недостаточно прочны, чтобы противостоять силам землетрясения», - объясняет Адан.
Мягкая сейсмическая модернизация устраняет эти недостатки, добавляя структурные компоненты, необходимые для того, чтобы здания оставались стоять после землетрясения. Читайте дальше, чтобы узнать, как работает этот процесс и как города поощряют владельцев зданий вносить эти улучшения.
Защита многоэтажных зданий от землетрясений
Первыми шагами любой мягкой сейсмостойкой модернизации являются анализ конструкции и определение наилучшего способа ее укрепления. Инженеры-строители и подрядчики должны взвесить несколько факторов при выборе наилучшего подхода к такому проекту. Они должны не только обеспечить соответствие здания структурным стандартам, предъявляемым к модернизированным зданиям, но также минимизировать влияние на функциональность здания. Как бы легко (и потенциально некрасиво) не было бы укрепить здания, заполнив их парковочные места на первом этаже распорками или загородив панорамные окна стенами, как законы о зонировании города, так и осторожные владельцы зданий гарантируют, что это не вариант. Вместо этого инженеры и подрядчики обычно используют несколько разных подходов для завершения мягкой сейсмической модернизации.
«Можно укрепить существующие стены, добавить новые «стены жесткости» или добавить стальной каркас в мягких зонах здания», - говорит инженер-строитель Адан. Чтобы укрепить существующие стены, такие отделочные материалы, как гипсокартон или штукатурка, заменяются более прочной фанерой. Крепление стен к фундаменту также является частью процесса. Добавлениенесущих стен - стен, построенных с единственной целью увеличения поперечной устойчивости - также может быть очень эффективным, при условии, что они не мешают функционированию конструкции. Если да, то лучшим вариантом может стать стальная рама, хотя такие рамы могут быть более дорогими и опасными в установке (из-за пожароопасности и ядовитых паров, образующихся при их сварке), чем другие методы.
Вместо того, чтобы делать здания сейсмостойкими, модернизация направлена на то, чтобы сделать их сейсмостойкими, а это означает, что они все еще будут стоять, когда сотрясение прекратится. Адан быстро указывает, что даже с этими улучшениями модернизированные здания по-прежнему не будут соответствовать структурным стандартам современного строительства.
«В большинстве случаев Руководящие принципы [Международного совета по нормам и правилам] по сейсмической модернизации существующих зданий требуют, чтобы модернизация мягких этажей обеспечивала не менее 80 процентов прочности выше уровня (уязвимый этаж) и чтобы модернизированная жесткость будет примерно 60 процентов от того, что требуется для нового строительства», - говорит он.
Сколько будет стоить модернизация, мы узнаем далее.
Сколько мне прослужит эта модернизация?
Стоимость реконструкции мягкого этажа сильно варьируется в зависимости от масштаба проекта, но в некоторых случаях модернизация большого здания может стоить более 100 000 долларов США.
Очевидно, что модернизация мягкой сейсмостойкости стоит недешево, но деньги могут быть потрачены с пользой. Опрос Калифорнийского технологического института показал, что соотношение выгод и затрат для денег, потраченных на стены жесткости, составляет 7: 1, а для денег, потраченных на модернизацию стального каркаса, - 4: 1. Тем не менее, владельцы зданий часто не хотят иметь дело с хлопотами и затратами, связанными с этим процессом, поэтому города применяют различные подходы, чтобы поощрять или, в некоторых случаях, даже требовать от владельцев модернизации своих зданий.
В Беркли, например, владельцы многоэтажных зданий должны пройти оценку своих зданий на наличие структурных недостатков. Будут ли они затем исправлять эти недостатки, зависит от них, но если владелец решит отказаться от расходов, он или она должны опубликовать предупреждение, информирующее всех жителей и гостей о том, что здание, вероятно, небезопасно в случае землетрясения. Другие города поощряют модернизацию, отказываясь от требований зонирования для парковки и других строительных норм, предоставляя налоговые льготы или запрещая владельцам зданий выполнять другие ремонтные работы или улучшения до тех пор, пока они не модернизируют свое здание. Идя дальше, такие города, как Фремонт, просто призывают владельцев малоэтажных зданий, построенных до 1978 года, переоборудовать их или столкнуться с крупными штрафами. Будем надеяться, что подобная политика, а не очередное землетрясение, привлечет столь необходимое внимание к проблеме модернизации мягкой истории.
Продолжайте читать, чтобы узнать больше о землетрясениях, которые вас поразят.
Почему Калифорния?
В Калифорнии масштабы и количество многоэтажных многоквартирных жилых домов с деревянным каркасом затмевают аналогичные показатели в других сейсмически активных регионах, говорит Адан, инженер-строитель. Почему? После сильного землетрясения и пожара 1906 года большая часть Сан-Франциско была восстановлена, в основном за счет обильных запасов местной древесины.«Этот бум строительства мягких историй не имеет международного прецедента», - объясняет Адан. Другие районы Калифорнии последовали этому примеру в период послевоенного демографического и строительного бума, периодов, когда риски землетрясений не были так хорошо изучены, а строительные нормы обычно не учитывали эту угрозу.
Часто задаваемые вопросы
Что такое постановление Сан-Франциско об обязательном обновлении мягкой истории?
Постановление об обязательной модернизации мягких этажей в Сан-Франциско требует, чтобы здания с мягкими или слабыми первыми этажами были модернизированы для повышения их сейсмостойкости. Постановление распространяется как на жилые, так и на коммерческие здания.