Введение
Исследование сейсмостойких конструкций
Сейсмостойкое строительство – это междисциплинарная область инженерии, которая занимается проектированием и анализом конструкций, таких как здания и мосты, с учетом возможных землетрясений. Его основная цель – повышение устойчивости таких сооружений к землетрясениям. Инженер-сейсмолог стремится создавать конструкции, которые не будут повреждаться при слабых толчках и смогут избежать серьезных повреждений или обрушения при сильном землетрясении. Правильно спроектированная конструкция не обязательно должна быть чрезмерно прочной или дорогостоящей. Она должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать сейсмические воздействия, сохраняя при этом допустимый уровень повреждений.
Сейсмическая нагрузка
Сейсмическая нагрузка означает приложение колебаний, вызванных землетрясением, к сооружению (или геоструктуре). Это происходит на контактных поверхностях сооружения с грунтом, с соседними сооружениями или с гравитационными волнами цунами. Ожидаемая нагрузка в определенной точке на поверхности Земли оценивается с помощью инженерной сейсмологии и связана с сейсмической опасностью этой местности.
Сейсмические характеристики
Сейсмостойкость или сейсмическая надежность определяет способность сооружения сохранять свои основные функции, такие как безопасность и эксплуатационная пригодность, во время и после воздействия определенного землетрясения. Сооружение обычно считается безопасным, если оно не подвергает опасности жизнь и здоровье людей, находящихся внутри или рядом с ним, в результате частичного или полного обрушения. Сооружение может считаться эксплуатационно пригодным, если оно способно выполнять функции, для которых оно было спроектировано. Основные принципы сейсмостойкого строительства, реализованные в основных строительных нормах и правилах, исходят из того, что здание должно выдерживать редкое, очень сильное землетрясение, получив значительные повреждения, но не разрушаясь полностью. При этом оно должно оставаться в рабочем состоянии при более частых, но менее интенсивных сейсмических воздействиях.
Оценка сейсмических характеристик
Инженерам необходимо знать количественно определенный уровень сейсмической устойчивости, соответствующий фактическим или прогнозируемым повреждениям отдельного здания при заданных колебаниях грунта. Такая оценка может быть выполнена как экспериментальным, так и аналитическим путем.
Экспериментальная оценка
Экспериментальные исследования – это дорогостоящие испытания, которые обычно проводятся путем размещения (масштабной) модели сооружения на вибростенде, имитирующем землетрясение, и наблюдения за его поведением. Подобные эксперименты были впервые проведены более века назад. Лишь недавно появилась возможность проводить испытания в масштабе 1:1 на полноразмерных сооружениях. Ввиду высокой стоимости таких испытаний, они, как правило, используются преимущественно для понимания сейсмического поведения сооружений, верификации моделей и проверки методов анализа. Таким образом, после надлежащей валидации, основная нагрузка по оценке сейсмостойкости сооружений ложится на вычислительные модели и численные методы.
Аналитическая/цифровая оценка
Оценка сейсмической эффективности или сейсмический структурный анализ является мощным инструментом сейсмостойкого строительства, использующим детальное моделирование конструкции в сочетании с методами структурного анализа для лучшего понимания сейсмических характеристик зданий и сооружений. Данный подход как формальная концепция – относительно недавняя разработка. В общем случае, сейсмический структурный анализ базируется на методах структурной динамики. На протяжении десятилетий наиболее распространенным инструментом сейсмического анализа был метод спектра отклика на землетрясение, который также внес вклад в современные строительные нормы и правила. Однако такие методы эффективны лишь для линейно-упругих систем и в значительной степени не способны моделировать поведение конструкции при повреждениях (то есть при проявлении нелинейности). Численное пошаговое интегрирование оказалось более эффективным методом анализа многостепенных структурных систем с выраженной нелинейностью при переходном процессе сейсмического воздействия. Использование метода конечных элементов – один из наиболее распространенных подходов для анализа нелинейных компьютерных моделей взаимодействия грунта и конструкции. По сути, численный анализ проводится для оценки сейсмической эффективности зданий. Оценка эффективности обычно выполняется с помощью нелинейного статического анализа (pushover-анализа) или нелинейного анализа во временной области. В таких анализах необходимо обеспечить точное нелинейное моделирование конструктивных элементов, таких как балки, колонны, узлы сопряжения балок и колонн, сдвиговые стены и т.д. Таким образом, экспериментальные данные играют важную роль в определении параметров моделирования отдельных элементов, особенно тех, которые подвержены значительным нелинейным деформациям. Затем отдельные элементы объединяются для создания полной нелинейной модели конструкции. Полученные модели анализируются для оценки сейсмической эффективности зданий. Возможности программного обеспечения для структурного анализа являются ключевым фактором в данном процессе, поскольку они ограничивают возможные модели элементов, доступные методы анализа и, что наиболее важно, численную устойчивость. Последнее становится критически важным для конструкций, переходящих в нелинейную область и приближающихся к глобальному или локальному разрушению, поскольку численное решение становится все более нестабильным и, следовательно, труднодостижимым. Существует несколько коммерчески доступных программных пакетов для анализа методом конечных элементов, таких как CSI SAP2000 и CSI PERFORM 3D, MTR/SASSI, Scia Engineer ECtools, ABAQUS и Ansys, которые могут использоваться для оценки сейсмической эффективности зданий. Кроме того, существуют исследовательские платформы анализа конечных элементов, такие как OpenSees, MASTODON, основанный на MOOSE Framework, RUAUMOKO и более старый DRAIN 2D/3D, некоторые из которых теперь имеют открытый исходный код.
Исследования в области сейсмотехники
Исследования в области сейсмостойкого строительства включают в себя как полевые, так и аналитические исследования или эксперименты, направленные на выявление и научное объяснение фактов, связанных с сейсмостойким строительством, пересмотр устоявшихся представлений в свете новых данных и практическое применение разработанных теорий. Национальный научный фонд (NSF) является основным государственным учреждением США, поддерживающим фундаментальные исследования и образование во всех областях сейсмостойкого строительства. В частности, он сосредоточен на экспериментальных, аналитических и вычислительных исследованиях, направленных на разработку и повышение эффективности конструктивных систем. Институт сейсмологии и землетрясений (EERI) является лидером в распространении информации об исследованиях в области сейсмостойкого строительства как в США, так и во всем мире. Полный список установок для испытаний на сейсмостойкость, используемых по всему миру, можно найти в справочнике "Экспериментальные установки для моделирования землетрясений во всем мире". Наиболее известной из них в настоящее время является установка E-Defense Shake Table в Японии.
Основные исследовательские программы США
NSF также поддерживает сеть имени Джорджа Э. Брауна-младшего для моделирования инженерных сейсмических воздействий. Программа NSF по снижению рисков и строительной инженерии (HMSE) поддерживает исследования новых технологий для улучшения поведения и реакций строительных конструкций при сейсмических воздействиях; фундаментальные исследования безопасности и надежности возведенных систем; инновационные разработки в области анализа и моделирования поведения и реакций конструкций, включая взаимодействие грунта и сооружения; концепции проектирования, повышающие эксплуатационные характеристики и гибкость конструкций; и применение новых методов управления для строительных систем. (NEES), что способствует расширению знаний и инновациям в области снижения потерь от землетрясений и цунами для гражданской инфраструктуры страны, а также разработке новых экспериментальных методов моделирования и приборного оборудования. Сеть NEES включает 14 географически распределенных лабораторий совместного использования, поддерживающих различные виды экспериментальных работ. Университеты-участники: Корнеллский университет; Университет Лихай; Университет штата Орегон; Политехнический институт Ренсселера; Университет Буффало, Государственный университет Нью-Йорка; Калифорнийский университет в Беркли; Калифорнийский университет в Дэвисе; Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе; Калифорнийский университет в Сан-Диего; Калифорнийский университет в Санта-Барбаре; Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне; Миннесотский университет; Университет Невады, Рино; и Техасский университет в Остине. С дальнейшим развитием вычислительных технологий статические подходы стали уступать место динамическим. Динамические эксперименты со зданиями и сооружениями могут быть физическими, например, испытания на динамической платформе, или виртуальными. В обоих случаях, для проверки ожидаемой сейсмостойкости конструкции, некоторые исследователи предпочитают использовать так называемые "реальные временные ряды", хотя последние не могут быть "реальными" для гипотетического землетрясения, определяемого строительными нормами или конкретными исследовательскими требованиями. Поэтому существует веская причина для проведения моделирования землетрясения, которое представляет собой сейсмическое воздействие, обладающее только существенными характеристиками реального события. Иногда моделирование землетрясения понимается как воссоздание локальных эффектов сильного сотрясения.
The NSF Hazard Mitigation and Structural Engineering program (HMSE) supports research on new technologies for improving the behaviour and response of structural systems subject to earthquake hazards; fundamental research on safety and reliability of constructed systems; innovative developments in analysis and model based simulation of structural behaviour and response including soil structure interaction; design concepts that improve structure performance and flexibility; and application of new control techniques for structural systems. (NEES) that advances knowledge discovery and innovation for earthquakes and tsunami loss reduction of the nation's civil infrastructure and new experimental simulation techniques and instrumentation. The NEES network features 14 geographically distributed, shared use laboratories that support several types of experimental work: Participating universities include: Cornell University; Lehigh University; Oregon State University; Rensselaer Polytechnic Institute; University at Buffalo, State University of New York; University of California, Berkeley; University of California, Davis; University of California, Los Angeles; University of California, San Diego; University of California, Santa Barbara; University of Illinois, Urbana Champaign; University of Minnesota; University of Nevada, Reno; and the University of Texas, Austin. With the further development of computational technologies, static approaches began to give way to dynamic ones. Dynamic experiments on building and non building structures may be physical, like shake table testing, or virtual ones. In both cases, to verify a structure's expected seismic performance, some researchers prefer to deal with so called "real time histories" though the last cannot be "real" for a hypothetical earthquake specified by either a building code or by some particular research requirements. Therefore, there is a strong incentive to engage an earthquake simulation which is the seismic input that possesses only essential features of a real event. Sometimes earthquake simulation is understood as a re creation of local effects of a strong earth shaking.
Моделирование конструкции
Теоретическая или экспериментальная оценка ожидаемой сейсмостойкости чаще всего требует моделирования конструкции, основанного на концепции структурной схожести или подобия. Подобие – это некоторая степень аналогии или сходства между двумя или более объектами. Понятие подобия основывается либо на точном, либо на приближенном повторении закономерностей в сравниваемых элементах. В общем случае, модель здания считается подобной реальному объекту, если они обладают геометрическим подобием, кинематическим подобием и динамическим подобием. Наиболее наглядным и эффективным типом подобия является кинематическое. Кинематическое подобие существует, когда траектории и скорости движения частиц модели и ее прототипа подобны. Высшей степенью кинематического подобия является кинематическая эквивалентность, когда, в случае сейсмостойкого строительства, временные зависимости от горизонтальных смещений каждого этажа модели и ее прототипа совпадают.
Стены из сухого камня в Перу
Перу – сейсмически активная страна; на протяжении веков сухое каменное строительство оказывалось более устойчивым к землетрясениям, чем строительство с использованием раствора. Народ цивилизации инков был мастером полированных «сухих каменных стен», называемых ашлар, где каменные блоки вырезались так, чтобы плотно прилегать друг к другу без какого-либо раствора. Инки были одними из лучших каменщиков, которых когда-либо знал мир, и многие соединения в их кладке были настолько точными, что между камнями нельзя было просунуть даже травинку. Камни сухих каменных стен, построенных инками, могли незначительно смещаться и перераспределяться, не приводя к обрушению стен – это была пассивная технология структурного контроля, использующая как принцип рассеивания энергии (демпфирование Кулона), так и принцип подавления резонансных колебаний.
Настроенный амортизатор
Обычно настраиваемые демпферы массы представляют собой огромные бетонные блоки, установленные в небоскребах или других сооружениях, и движутся в противофазе колебаниям резонансной частоты сооружения посредством пружинного механизма. Небоскреб Тайбэй 101 должен выдерживать тайфуны и землетрясения, часто встречающиеся в этом регионе Азии и Тихого океана. С этой целью на вершине здания был спроектирован и установлен стальной маятник весом 660 метрических тонн, выполняющий функцию демпфера массы. Подвешенный между 92-м и 88-м этажами, маятник качается, чтобы снизить резонансное усиление горизонтальных перемещений здания, вызванное землетрясениями и сильными порывами ветра.
Требования к сейсмической конструкции
Требования к сейсмическому проектированию зависят от типа сооружения, местоположения проекта и органов власти, устанавливающих применимые сейсмические нормы и критерии. Они включают инновационный подход, основанный на оценке сейсмической производительности. Наиболее важной особенностью философии проектирования SDC является переход от оценки сейсмической нагрузки на основе сил к оценке нагрузки и несущей способности на основе перемещений. Таким образом, новый подход, основанный на перемещениях, заключается в сравнении расчетного эластичного перемещения с неэластичной деформационной способностью основных конструктивных элементов, обеспечивая при этом минимальный уровень неэластичной деформационной способности во всех потенциальных пластических шарнирах. Помимо самой спроектированной конструкции, требования к сейсмическому проектированию могут включать стабилизацию грунта под ней: сильно сотрясаемый грунт иногда разрушается, что приводит к обрушению сооружения, стоящего на нем. Особое внимание следует уделять следующим вопросам: сжижение грунтов; динамическое боковое давление на подпорные стены; сейсмическая устойчивость склонов; осадка, вызванная землетрясением. Ядерные объекты не должны ставить под угрозу свою безопасность в случае землетрясений или других неблагоприятных внешних воздействий. Поэтому их сейсмическое проектирование основано на критериях, значительно более строгих, чем для неядерных объектов. Однако аварии на АЭС «Фукусима-1» и повреждения других ядерных объектов после землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году привлекли внимание к сохраняющимся опасениям по поводу японских сейсмических норм для атомных электростанций и побудили многие другие правительства пересмотреть свои ядерные программы. Также были высказаны сомнения относительно сейсмической оценки и проектирования ряда других электростанций, включая АЭС «Фессенхайм» во Франции.
Режимы отказов
Режим разрушения – это характер проявления разрушения, вызванного землетрясением. Как правило, он описывает способ, которым происходит разрушение. Несмотря на то, что это затратно и требует времени, изучение каждого реального случая разрушения при землетрясении остается стандартным способом совершенствования методов сейсмического проектирования. Ниже представлены некоторые типичные режимы разрушений, вызванных землетрясениями. Отсутствие армирования в сочетании с некачественным раствором и недостаточными связями между крышей и стенами может привести к значительному повреждению здания из необработанной кладки. Сильно потрескавшиеся или наклонившиеся стены – одни из наиболее распространенных повреждений при землетрясениях. Также опасны повреждения, возникающие между стенами и крышей или диафрагмами перекрытий. Отделение каркаса от стен может поставить под угрозу вертикальную поддержку крыши и перекрытий. Эффект «мягкого этажа». Отсутствие достаточной жесткости на уровне земли привело к повреждению этой конструкции. Внимательное изучение изображения показывает, что грубая доска обшивки, ранее покрытая кирпичной облицовкой, была полностью демонтирована от каркаса. Только жесткость перекрытия в сочетании с поддержкой на двух скрытых сторонах непрерывными стенами, не имеющими больших дверных проемов, как на уличных сторонах, предотвращает полный обвал конструкции. Разжижение грунта. В случаях, когда грунт состоит из рыхлых зернистых отложений, склонных к развитию чрезмерного гидростатического давления воды в порах достаточной величины и уплотнению, разжижение этих рыхлых насыщенных отложений может привести к неравномерным осадкам и наклонам конструкций. Это нанесло серьезный ущерб тысячам зданий в Ниигате (Япония) во время землетрясения 1964 года. Оползни и обрушения скал. Оползень – это геологическое явление, включающее широкий спектр движений грунта, в том числе обрушения скал. Обычно действие силы тяжести является основной движущей силой оползня, однако в данном случае был и другой фактор, повлиявший на первоначальную устойчивость склона: для высвобождения оползня потребовалось землетрясение как пусковой механизм. Удар о соседнее здание. На фотографии изображена обрушившаяся пятиэтажная башня Семинарии Святого Иосифа в Лос-Альтосе (Калифорния), в результате чего погиб один человек. Во время землетрясения в Лома-Приета башня ударилась о соседнее здание, вибрирующее независимо от нее. Вероятность удара зависит от боковых перемещений обоих зданий, которые должны быть точно оценены и учтены. Во время землетрясения в Нортридже в офисном здании Kaiser Permanente суставы были полностью разрушены, что выявило недостаточное количество стальной арматуры, в результате чего обрушился второй этаж. В поперечном направлении композитные концевые сдвиговые стены, состоящие из двух рядов кирпича и слоя торкрет-бетона, воспринимающего боковую нагрузку, разошлись из-за недостаточного количества сквозных связей и разрушились. Неправильный выбор строительной площадки на подножии холма. Плохая детализация армирования (отсутствие бетонного обоймы в колоннах и в узлах колонн-балок, недостаточная длина перехлеста арматуры). Сейсмически слабый «мягкий этаж» на первом этаже. Длинные консоли с большой постоянной нагрузкой. Сдвиг основания относительно жесткой конструкции жилого здания во время землетрясения в Уиттиер-Нарроуз в 1987 году. Землетрясение магнитудой 5,9 ударило по зданию Garvey West Apartment в Монтерей-Парке (Калифорния) и сдвинуло его надстройку примерно на 10 дюймов к востоку относительно основания. Если надстройка не установлена на систему сейсмоизоляции, ее смещение на фундаменте должно быть предотвращено. Разрыв армированного бетонного столба во время землетрясения в Нортридже из-за недостаточного количества поперечной арматуры, что позволило основной арматуре выгнуться наружу. Палуба соскочила с опоры и разрушилась на сдвиг. В результате обрушился участок эстакады La Cienega Venice на шоссе 10. Землетрясение в Лома-Приета: боковой вид разрушения опор армированного бетона, вызвавшего обрушение верхней палубы на нижнюю палубу двухуровневого виадука Cypress на шоссе Interstate 880 (Окленд, Калифорния). Разрушение подпорной стены во время землетрясения в Лома-Приета в районе гор Санта-Крус: заметные северо-западные трещины растяжения шириной до 12 см в бетонном водосбросе к австрийской плотине, северной опоре. Землетрясение вызвало разжижение грунта в подземном слое песка, что привело к дифференциальному боковому и вертикальному перемещению в поверхностной оболочке неразжиженного песка и ила. Этот режим разрушения грунта, называемый боковым распространением, является основной причиной повреждений зданий, связанных с разжижением грунта. Сильно поврежденное здание Сельскохозяйственного банка развития Китая после землетрясения 2008 года в Сычуани: большинство балок и пирсов сдвинуты. Большие диагональные трещины в кладке и облицовке вызваны нагрузками в плоскости, а резкое оседание правой части здания следует отнести к насыпному грунту, который может быть опасен даже без землетрясения. Двойное воздействие цунами: гидравлическое давление и затопление морскими волнами. Таким образом, землетрясение в Индийском океане 26 декабря 2004 года с эпицентром у западного побережья Суматры (Индонезия) вызвало серию разрушительных цунами, унесших жизни более 230 000 человек в одиннадцати странах в результате затопления прибрежных населенных пунктов огромными волнами высотой до 30 метров (100 футов).
Строительство, устойчивое к землетрясениям
Строительство, устойчивое к землетрясениям, подразумевает применение сейсмостойкого проектирования для обеспечения способности зданий и сооружений выдерживать ожидаемые сейсмические воздействия в соответствии с установленными ожиданиями и действующими строительными нормами. Проектирование и строительство тесно взаимосвязаны. Для достижения высокого качества работ детализация элементов и их соединений должна быть максимально простой. Как и любое строительство в целом, строительство в сейсмически активных районах – это процесс, включающий возведение, усиление или сборку инфраструктуры с использованием доступных строительных материалов. Дестабилизирующее воздействие землетрясения на сооружения может быть прямым (сейсмические колебания грунта) или косвенным (землетрясениями, вызывающими оползни, разжижение грунта и цунами). Сооружение может выглядеть устойчивым, однако представлять опасность при землетрясении. Важно понимать, что для обеспечения безопасности сейсмостойкие методы строительства столь же важны, как и контроль качества и использование подходящих материалов. Подрядчик, выполняющий работы по усилению сейсмостойкости, должен быть зарегистрирован в штате/провинции/стране, где ведется проект (в соответствии с местными нормативными требованиями), иметь гарантийное обязательство и страховку. Для минимизации возможных потерь строительный процесс должен быть организован с учетом вероятности землетрясения в любой момент до его завершения. Каждый строительный проект требует квалифицированной команды специалистов, понимающих основные принципы сейсмической устойчивости различных конструкций, а также основы управления строительством.
To minimize possible losses, construction process should be organized with keeping in mind that earthquake may strike any time prior to the end of construction. Each construction project requires a qualified team of professionals who understand the basic features of seismic performance of different structures as well as construction management.
Структуры из известняка и песчаника
Известняк широко используется в архитектуре, особенно в Северной Америке и Европе. Многие известные сооружения по всему миру построены из известняка. Многие средневековые церкви и замки в Европе возведены из известняка и песчаника. Эти материалы отличаются долговечностью, однако их значительный вес не способствует достаточной сейсмостойкости. Применение современных технологий для сейсмоусиления позволяет повысить устойчивость неармированных каменных конструкций. Например, с 1973 по 1989 год здание администрации Солт-Лейк-Сити и округа в штате Юта было тщательно отреставрировано и отремонтировано с особым вниманием к сохранению исторической достоверности внешнего вида. Это проводилось одновременно с сейсмоусилением, которое позволило установить слабое песчаниковое здание на фундамент с системой сейсмоизоляции для лучшей защиты от повреждений при землетрясениях.
Деревянные каркасные конструкции
Деревянное каркасное строительство насчитывает тысячи лет и применялось во многих частях мира в различные периоды, например, в Древней Японии, Европе и средневековой Англии, в регионах, где древесина была в изобилии, а строительный камень и навыки его обработки – отсутствовали. Использование деревянного каркаса в зданиях обеспечивает их полноценный несущий каркас, что дает определенные структурные преимущества, поскольку правильно спроектированный деревянный каркас повышает устойчивость к землетрясениям.
Легкорамные конструкции
Легкие каркасные конструкции обычно обеспечивают сейсмостойкость за счет жестких обшивных стен из фанеры и деревянных конструкционных панелей, используемых в качестве диафрагм. Особые требования к системам, сопротивляющимся сейсмическим нагрузкам, для всех инженерных деревянных конструкций включают в себя учет коэффициентов диафрагмы, горизонтальных и вертикальных усилий сдвига в диафрагме, а также характеристик соединительных и крепежных элементов. Кроме того, необходимо предусматривать распределительные элементы (коллекторы или распорные балки) для передачи усилий сдвига вдоль длины диафрагмы.
Армированные каменные конструкции
Арматурной кладкой называется строительная система, в которой стальная арматура заделывается в растворные швы каменной кладки или укладывается в отверстия, которые затем заполняются бетоном или раствором. Существуют различные способы и техники армирования каменной кладки. Наиболее распространенным типом является армированная кладка из пустотелых блоков. Для обеспечения пластичности каменной кладки необходимо, чтобы прочность на сдвиг стены превышала прочность на изгиб. Эффективность как вертикального, так и горизонтального армирования зависит от типа и качества каменных элементов и раствора. Разрушительное землетрясение в Лонг-Бич в 1933 году показало, что каменная кладка уязвима к повреждениям при землетрясениях, что привело к тому, что строительные нормы штата Калифорния сделали армирование каменной кладки обязательным по всей Калифорнии.
Армированные бетонные конструкции
Армированный бетон – это бетон, в который добавлены стальные арматурные стержни (арматура) или волокна для повышения прочности материала, который в противном случае был бы хрупким. Его можно использовать для изготовления балок, колонн, перекрытий или мостов. Преднапряженный бетон – это разновидность армированного бетона, используемая для компенсации естественной слабости бетона при растяжении. Он может применяться для балок, перекрытий или мостов с большим пролетом, чем это возможно при использовании обычного армированного бетона. Преднапрягающие элементы (обычно высокопрочные стальные канаты или стержни) используются для создания преднапряжения, которое создает сжимающее напряжение, компенсирующее растягивающее напряжение, которое бетонный элемент сжатия испытал бы при изгибающей нагрузке. Для предотвращения катастрофического обрушения при землетрясениях (в целях обеспечения безопасности людей) традиционная железобетонная рама должна иметь пластичные узлы. В зависимости от применяемых методов и величины сейсмических воздействий, такие здания могут оставаться пригодными для использования сразу после землетрясения, требовать капитального ремонта или подлежать сносу.
Стальные конструкции
Стальные конструкции в основном считаются устойчивыми к землетрясениям, однако имели место и случаи разрушений. Значительное количество зданий со стальными рамами, выполненными по технологии сварки, которые казались сейсмостойкими, неожиданно проявили хрупкость и были серьезно повреждены во время землетрясения в Нортридже в 1994 году. После этого Федеральное агентство по управлению чрезвычайными ситуациями (FEMA) инициировало разработку методов ремонта и новых подходов к проектированию с целью минимизации повреждений зданий со стальными рамами при будущих землетрясениях. При сейсмическом проектировании стальных конструкций на основе метода проектирования с учетом коэффициентов нагрузки и несущей способности (LRFD) крайне важно оценивать способность конструкции развивать и сохранять несущую способность в неэластичном диапазоне. Мерой этой способности является пластичность (или податливость), которая может проявляться как в самом материале, так и в отдельном конструктивном элементе, или во всей конструкции в целом. В результате опыта, полученного во время землетрясения в Нортридже, Американский институт стального строительства разработал стандарт AISC 358 "Предусмотренные соединения для специальных и промежуточных стальных рамок". Сейсмические нормы проектирования AISC требуют, чтобы во всех стальных рамах, воспринимающих изгибающий момент, использовались соединения, соответствующие требованиям AISC 358, или соединения, прошедшие предварительные квалификационные циклические испытания.
Прогноз потерь от землетрясений
Оценка потерь от землетрясения обычно определяется как коэффициент повреждений (DR), представляющий собой отношение стоимости ремонта повреждений, вызванных землетрясением, к общей стоимости здания. Вероятный максимальный убыток (ПМУ) – распространенный термин, используемый при оценке потерь от землетрясений, однако ему не дано четкого определения. В 1999 году был разработан стандарт ASTM E2026 «Руководство по оценке сейсмостойкости зданий при землетрясениях» с целью стандартизации терминологии для оценки сейсмических потерь, а также установления рекомендаций относительно процесса проверки и квалификации оценщика. Оценки потерь от землетрясений также называют оценками сейсмических рисков. Процесс оценки риска обычно включает определение вероятности различных сейсмических воздействий в сочетании с уязвимостью или повреждаемостью здания под воздействием этих воздействий. Результаты выражаются в процентах от стоимости восстановления здания.