Table of Contents

Земноводные зоны играют фундаментальную роль в формировании того, как современные города проектируются, разрабатываются и строятся. Понимание сейсмического риска - это не просто академическое упражнение - оно напрямую влияет на безопасность миллионов людей, живущих в подверженных землетрясениям регионах по всему миру. От размещения критической инфраструктуры до материалов, используемых в жилых зданиях, сейсмические соображения пронизывают каждый аспект городского развития. Это всеобъемлющее руководство исследует, как зоны землетрясения влияют на решения городского планирования и строительные нормы, изучая науку, стоящую за оценкой сейсмической опасности, эволюцией строительных норм и практических стратегий, используемых городами для создания более безопасных, более устойчивых сообществ.

Понимание зон землетрясений и классификации сейсмических рисков

Зоны землетрясений описывают районы, где землетрясения имеют тенденцию фокусироваться, в то время как зоны сейсмической опасности описывают районы с особым уровнем опасности из-за землетрясений.Эти классификации гораздо более сложные, чем простые географические границы - они представляют собой кульминацию десятилетий геологических исследований, анализа исторических данных о землетрясениях и расширенного вероятностного моделирования.

Наука, стоящая за классификацией сейсмических зон

Современные классификации сейсмических зон используют вероятностный анализ сейсмической опасности (PSHA), который объединяет исторические каталоги землетрясений, геометрию разломов, скорости разрыва и модели движения земли для оценки вероятности превышения определенного уровня встряхивания за заданное временное окно. Этот сложный подход обычно рассматривает вероятность 2% за 50 лет, которая соответствует 2475-летнему периоду возврата.

Результат выражается в пиковом ускорении земли (PGA) — части тяжести (g). Это измерение предоставляет инженерам и планировщикам количественные данные о ожидаемой интенсивности тряски земли в любом данном месте, что позволяет точно калибровать требования к строительству и стратегии городского планирования.

Сейсмические категории дизайна и карты опасностей

Сейсмические категории проектирования (СКУ) отражают вероятность возникновения землетрясений различной интенсивности. Специалисты по проектированию зданий и строительству используют СДК, указанные в строительных нормах, для определения уровня сейсмической устойчивости, требуемого для новых зданий. Эти категории обычно варьируются от А (наименьшей опасности) до F (наибольшей опасности), причем каждая категория вызывает все более строгие требования к проектированию и строительству.

В СЦД учитывается тип почвы на участке, поскольку бедные почвы могут значительно увеличить сотрясение при землетрясении. Это признание местных условий почвы представляет собой важнейшее уточнение в оценке сейсмической опасности, поскольку идентичное движение коренной породы может привести к значительно различному сотрясению поверхности в зависимости от характеристик грунта.

Модели основаны на сейсмичности и скоростях скольжения разломов и учитывают частоту землетрясений различной величины. Локально опасность может быть больше, чем показано, поскольку геология участка может усиливать движения грунта. Это признание местной изменчивости подчеркивает важность исследований конкретных участков для критических структур.

Сейсмические карты опасности

Сотрудники геологов собирают имеющиеся геологические, геофизические и геотехнические данные из многочисленных источников для составления карт сейсмических зон опасности, интегрируя и интерпретируя эти данные на региональном уровне для оценки серьезности сейсмических опасностей и определения зон требуемого расследования для районов, подверженных сжижению и сейсмооползням. Эти комплексные усилия по картированию обеспечивают основу для принятия обоснованных решений в области городского планирования и развития.

Города и округа должны использовать карты сейсмических зон в процессе планирования землепользования и получения разрешений на строительство. Эта нормативная база обеспечивает интеграцию сейсмических соображений на каждом этапе разработки, от первоначального планирования до окончательного утверждения строительства.

Сейсмические риски определяются не только уровнем опасности, но и количеством людей и имущества, которые подвергаются опасности, и тем, насколько уязвимы люди и имущество к опасностям. Это целостное понимание риска - сочетание опасности, воздействия и уязвимости - определяет более эффективные стратегии смягчения последствий и распределения ресурсов.

Эволюция сейсмических строительных кодов

История сейсмических строительных норм отражает непрерывный процесс обучения, при котором каждое крупное землетрясение дает ценные уроки, которые формируют будущие правила. Понимание этой эволюции помогает контекстуализировать текущие требования и подчеркивает постоянный характер повышения сейсмической безопасности.

Раннее развитие сейсмических кодов

В январе 1928 года было опубликовано первое издание Единого строительного кодекса (UBC), включавшее приложение, рекомендующее минимальное боковое проектирование силы для сейсмоустойчивости, которое было вдохновлено недавно разработанным сейсмическим кодом Японии, демонстрирующим международный характер обмена знаниями в области сейсмостроения.

В ответ на землетрясение 1933 года в Лонг-Бич (Калифорния) город Лос-Анджелес принял первые положения о проектировании землетрясений, введенные в действие в США, принятые Городским советом в соответствии с постановлением No 72 968, опубликованным 6 сентября 1933 года. Этот знаковый момент установил прецедент для обязательных требований к проектированию сейсмических данных в Соединенных Штатах.

Пересмотры строительного кодекса города Санта-Барбары в 1925 году были первым явным политическим и юридическим рассмотрением сейсмической безопасности сооружений в Калифорнии.Закон Райли 1933 года требовал, чтобы все местные органы власти Калифорнии имели строительный отдел и проверяли новое строительство, обязав, чтобы все сооружения в штате были спроектированы так, чтобы выдерживать горизонтальное ускорение в 0,02 раза больше ускорения из-за гравитации.

Современный строительный кодекс

Строительные кодексы представляют собой своды правил, регулирующих проектирование, строительство, изменение и техническое обслуживание сооружений, с указанием минимальных требований для надлежащей защиты здоровья, безопасности и благосостояния жильцов зданий. Большинство штатов и местных юрисдикций принимают типовые строительные кодексы, поддерживаемые Советом по международному кодексу (ICC).

ASCE 7, «Минимальные проектные нагрузки и связанные критерии для зданий и других сооружений», опубликованный Американским обществом инженеров-строителей (ASCE), является двигателем для расчетов сейсмического проектирования в США, предоставляя подробные методологии, уравнения и данные, используемые инженерами для определения сейсмических нагрузок, которым здание должно быть спроектировано, чтобы противостоять. IBC принимает ASCE 7 по ссылке, придавая ему силу закона.

Сейсмические положения представляют собой наилучшее из имеющихся руководств по разработке и строительству сооружений для ограничения сейсмического риска, с изменениями или дополнениями, поступающими из многих различных источников, включая новые результаты исследований и документацию о производительности в прошлых землетрясениях. Этот основанный на фактических данных подход гарантирует, что строительные нормы постоянно улучшаются по мере нашего понимания поведения землетрясений и структурных характеристик.

Проблемы в принятии и исполнении кодекса

Принятие типовых кодов неравномерно в разных штатах и внутри них, даже в районах с высоким уровнем сейсмической опасности. Некоторые штаты и местные юрисдикции приняли эти кодексы, но внесли поправки или исключения, касающиеся сейсмических положений. Эта непоследовательность создает лоскутное одеяло уровней защиты по всей стране, причем некоторые общины значительно более уязвимы, чем другие.

Некоторые сельские районы Америки до сих пор не приняли строительный кодекс, и в этих районах законно проектировать и строить сооружения с использованием любых стандартов, которые проектировщики и строители считают подходящими.Некоторые общины в центральных и восточных Соединенных Штатах подвергаются значительному риску возникновения разрушительных землетрясений, но не признают этот риск и, следовательно, не приняли адекватные требования к сейсмическому проектированию и строительству в свои местные строительные кодексы.

Принятие последних строительных норм является лишь частью решения проблемы — эти нормы также должны эффективно применяться для обеспечения того, чтобы здания и их обитатели получали выгоду от достижений в области сейсмических положений в типовых кодексах.

Как зоны землетрясений формируют решения по городскому планированию

Городское планирование в сейсмически активных регионах требует принципиально иного подхода, чем в районах с минимальным риском землетрясений.Планировщики должны сбалансировать конкурирующие требования к плотности, экономическому развитию и общественной безопасности, одновременно учитывая уникальные проблемы, связанные с сейсмическими опасностями.

Планирование землепользования и сейсмические опасности

Города и уезды обязаны использовать Карты сейсмических зон опасности в своих процессах планирования землепользования и разрешения на строительство. Эта интеграция гарантирует, что сейсмические соображения влияют на фундаментальные решения о том, где и как происходит развитие. Зоны высокого риска часто сталкиваются с ограничениями плотности зданий, ограничениями высоты и требованиями к конкретным типам строительства, которые могут лучше противостоять сейсмическим силам.

Если имущество не развито, может потребоваться исследование конкретного участка лицензированным инженерным геологом и / или гражданским инженером, прежде чем можно будет разделить посылку или разрешить большинство конструкций. Эти исследования выявляют потенциальные опасности, такие как сжижение, оползни и зоны разрыва разломов, что позволяет планировщикам принимать обоснованные решения о надлежащем использовании земли.

Городские планировщики в подверженных землетрясениям регионах отдают приоритет созданию открытых пространств и зеленых зон, которые выполняют множество функций. Помимо их рекреационных и экологических преимуществ, эти пространства обеспечивают критически важные зоны эвакуации во время чрезвычайных ситуаций и уменьшают концентрацию уязвимых структур. Парки, площади и широкие бульвары могут служить сборочными пунктами для перемещенных жителей и постановочными площадками для операций по реагированию на чрезвычайные ситуации.

Критическая инфраструктура и системы жизнеобеспечения

Особое внимание при планировании сейсмической обстановки уделяется размещению и проектированию критически важной инфраструктуры, включая больницы, пожарные станции, центры аварийных операций, водоочистные сооружения и подстанции, которые должны не только выживать при землетрясениях, но и оставаться в рабочем состоянии сразу после них для оказания поддержки усилиям по реагированию на чрезвычайные ситуации и восстановлению.

Транспортные сети требуют тщательного планирования для обеспечения функциональности после землетрясения. Многочисленные избыточные маршруты между критически важными объектами помогают гарантировать, что повреждение одного коридора не полностью разрывает соединения. Конструкции мостов получают особое внимание, поскольку сбои моста могут изолировать целые сообщества и препятствовать реагированию на чрезвычайные ситуации. Современное сейсмическое планирование подчеркивает устойчивость сети, а не просто защиту отдельных компонентов.

Коммунальные системы — вода, канализация, газ, электричество и телекоммуникации — должны быть спроектированы с учетом сейсмической устойчивости. Это включает в себя использование гибких трубопроводных соединений, установку автоматических запорных клапанов для газовых систем и создание избыточных путей для критически важных услуг. Взаимосвязанный характер этих систем означает, что отказ в одной может каскадировать в другие, что делает всестороннее планирование необходимым.

Плотность зонирования и развития

Районы с высоким потенциалом сжижения или крутые склоны, подверженные оползням, могут быть отнесены к зонам с низкой плотностью или ограничены использованием, которое не связано с занятостью человека. И наоборот, районы с благоприятными почвенными условиями и более низкой сейсмической опасностью могут быть одобрены для развития с более высокой плотностью.

Модели развития смешанного использования могут повысить сейсмическую устойчивость за счет снижения потребности в длительных поездках и создания более самодостаточных районов. Когда жители могут получить доступ к основным услугам в нескольких минутах ходьбы, общины могут более эффективно функционировать во время сбоев, которые следуют за крупными землетрясениями. Этот подход к планированию также снижает нагрузку на транспортную инфраструктуру во время периодов эвакуации и восстановления.

Требования к раскрытию информации и сделки с недвижимостью

Если объект недвижимости находится в пределах обозначенной сейсмической зоны опасности, этот факт должен быть раскрыт продавцом потенциальным покупателям. Эти требования к раскрытию информации гарантируют, что покупатели недвижимости понимают сейсмические риски, связанные с их инвестициями, и могут принимать обоснованные решения о том, следует ли продолжать покупки и какие меры по смягчению последствий могут потребоваться.

Строительные нормы и требования к сейсмическому дизайну

Строительные нормы в зонах землетрясений устанавливают минимальные стандарты для проектирования конструкций, строительных материалов и строительных практик.Эти требования варьируются в зависимости от уровня сейсмической опасности, важности конструкции и конкретных геологических условий на строительной площадке.

Принципы сейсмического дизайна

Положения строительных норм призваны обеспечить, чтобы сооружения могли адекватно противостоять сейсмическим силам во время землетрясений, представляя наилучшее доступное руководство о том, как конструкции должны быть спроектированы и построены для ограничения сейсмического риска. Основная цель - безопасность жизни - предотвращение обрушения зданий во время землетрясений, чтобы жители могли безопасно эвакуироваться.

Строительные нормы обеспечивают «безопасность жизни», то есть здание может рухнуть в конечном итоге, но не во время землетрясения. Эта цель производительности признает, что здания могут нанести значительный ущерб и требуют обширного ремонта или даже сноса после крупных землетрясений, но при этом уделяет первоочередное внимание предотвращению жертв во время самого встряхивания.

Будущее сейсмических кодов движется к большей устойчивости, с растущим стремлением к стандартам, которые также минимизируют ущерб и позволяют зданиям быстро восстанавливаться после землетрясения. Эта эволюция отражает признание того, что экономические потери от повреждения зданий и прерывания бизнеса могут намного превышать затраты на усиленную сейсмическую защиту.

Структурные системы и особенности дизайна

Сейсмические здания включают в себя многочисленные конструктивные особенности, которые работают вместе, чтобы защитить пассажиров и минимизировать ущерб.

  • Укрепленные основания: Глубокие основания, которые распространяются на стабильную почву или коренную породу, обеспечивают прочную основу, которая может противостоять встряхиванию грунта и предотвращать дифференциальное расселение. Конструкция фундамента должна учитывать потенциальное сжижение почвы, когда насыщенные почвы теряют прочность во время встряхивания и ведут себя как жидкости.
  • Гибкие структурные элементы:] Современная сейсмическая конструкция подчеркивает пластичность — способность структурных элементов значительно деформироваться без потери прочности. Дюктильные структуры могут поглощать энергию землетрясения за счет контролируемого выхода, а не внезапного хрупкого отказа. Это требует тщательной детализации арматуры в бетонных конструкциях и конструкции соединения в стальных рамах.
  • Системы, сопротивляющиеся воздействию силы: Здания должны включать в себя специальные системы для сопротивления горизонтальным силам землетрясения. Они могут включать в себя устойчивые к моменту рамки, скошенные рамы, сдвиговые стены или комбинации этих систем. Выбор зависит от высоты здания, заполняемости, архитектурных требований и уровня сейсмической опасности.
  • Сейсмическая изоляция и рассеивание энергии:] Передовые здания могут включать в себя системы изоляции оснований, которые отделяют структуру от движения земли, или устройства рассеивания энергии, которые поглощают энергию землетрясения. Эти технологии могут значительно уменьшить силы, передаваемые на структуру, и минимизировать ущерб.
  • Диафрагменное действие: Системы пола и крыши должны действовать как горизонтальные диафрагмы, которые собирают и распределяют боковые силы на вертикальные сопротивляющиеся элементы.Правильное соединение между диафрагмами и вертикальными элементами имеет решающее значение для общей структурной целостности.

Спецификации материалов и строительные стандарты

Сейсмические коды проектирования содержат всеобъемлющие руководящие принципы, охватывающие структурный анализ, спецификации материалов, методы строительства и критерии эффективности, разработанные для снижения сейсмических рисков. Выбор материалов играет решающую роль в сейсмических характеристиках, причем различные материалы предлагают различные преимущества и проблемы.

Бетонные конструкции требуют тщательного внимания к деталям армирования. Хорошая детализация, например, размещение стального армирования и соединений, имеет первостепенное значение и может обеспечить достаточную пластичность в бетонных конструкциях, с этими рекомендациями по обеспечению пластичности в бетоне, принятыми в более широком масштабе после землетрясения в Сан-Фернандо 1971 года.

Стальная конструкция:] AISC 341 содержит руководящие принципы проектирования, изготовления и монтажа стальных конструкций для противодействия воздействию землетрясений, включая конкретные требования к детализации сейсмической устойчивости. Внутренняя пластичность стали делает ее хорошо подходящей для сейсмических применений, но соединения требуют особого внимания, чтобы обеспечить их полную прочность и пластичность подключенных элементов.

Деревянная конструкция:] Деревянная конструкция, распространенная в жилых зданиях, может хорошо работать при землетрясениях при правильной конструкции и строительстве. Критические элементы включают в себя адекватные связи между обрамляющими элементами, правильный дизайн и размещение сдвига стен и безопасное крепление конструкции к ее фундаменту. Легкий вес древесины снижает сейсмические силы, в то время как присущая ей гибкость обеспечивает некоторую пластичность.

Масонство: Неармированная кладка была обычным строительным материалом по всей Юте до 1970-х годов. Неармированные кладочные здания особенно уязвимы к повреждениям от землетрясения и представляют собой значительную часть существующего строительного фонда во многих сейсмических регионах. Современное строительство каменной кладки требует подкрепления и надлежащей детализации для достижения приемлемых сейсмических характеристик.

Инспекция и контроль качества

Тщательные процессы проверки обеспечивают, чтобы здания строились по утвержденным планам и соответствовали требованиям кода. Для критических конструктивных элементов и соединений в категориях сейсмической конструкции с более высокими уровнями опасности требуется специальная проверка. Инспекторы проверяют правильное размещение арматуры, качество сварки, установку болта и множество других деталей, влияющих на сейсмические характеристики.

Контроль качества выходит за рамки структурных элементов и включает в себя неструктурные компоненты. Механическое оборудование, системы трубопроводов, подвесные потолки и фасады зданий должны быть надлежащим образом закреплены для предотвращения падения опасностей и поддержания функциональности после землетрясений. Эти неструктурные элементы часто составляют большую часть стоимости здания и могут привести к значительным жертвам, если не будут должным образом защищены.

Обращаясь к существующим зданиям и сейсмической модернизации

За исключением определенных обстоятельств, требования к коду существующих зданий являются теми, которые действовали, когда структура была спроектирована и построена, и сообщества, вероятно, имеют много старых структур, которые не защищены от землетрясений, потому что здания часто используются в течение десятилетий, прежде чем быть замененными или существенно измененными.

Выявление уязвимых зданий

Первый шаг при работе с населением зданий заключается в проведении быстрого обследования с использованием оперативного визуального скрининга зданий на предмет потенциальных сейсмических рисков (FEMA 154). Этот процесс скрининга позволяет сообществам идентифицировать здания, которые требуют более детальной оценки и определения приоритетов ограниченных ресурсов для сейсмического улучшения.

Поскольку сейсморазведка значительно продвинулась за последние пятьдесят лет, многие здания, которые были построены и считались устойчивыми к землетрясениям в соответствии со стандартами 1950-х и 60-х годов, вскоре были признаны недостаточными, и хотя эти существующие структуры часто считаются представляющими наибольшую опасность при землетрясениях, строительные нормы в большинстве случаев не применяются к ним.

Ретро-стратегии и программы

Можно сделать эти здания более устойчивыми к землетрясениям путем сейсмической модернизации. Стратегии модернизации варьируются в зависимости от типа здания, строительных материалов, выявленных недостатков и целей производительности. Общие меры модернизации включают:

  • Фундаментальное закрепление:] Защита зданий от их фундаментов предотвращает скольжение или опрокидывание во время землетрясений. Это особенно важно для старых деревянных каркасных зданий, которые могут не иметь адекватной связи между структурой и фундаментом.
  • Короткие деревянные каркасные стены между фундаментом и первым этажом (крипальные стены) уязвимы для обрушения. Брастинг этих стен структурными панелями значительно улучшает производительность.
  • Укрепление мягкой истории: Здания с открытыми первыми этажами (например, с парковкой или торговыми помещениями) уязвимы для обрушения. Добавление или укрепление стенок сдвига, установка рамок момента или добавление стальных креплений может устранить этот недостаток.
  • Неукрепленное укрепление масонства: Обновление неукрепленных зданий кладки обычно включает в себя добавление стальной арматуры, установку сквозных болтов для улучшения соединений между стенами и диафрагмой, а иногда добавление новых сдвига стен или скошенных рам.
  • Улучшения связи: Многие старые здания имеют неадекватные связи между структурными элементами. Проекты модернизации часто фокусируются на улучшении этих соединений для создания непрерывных путей нагрузки.

Существующий строительный кодекс Калифорнии, Приложение А: Руководство по сейсмическому переоборудованию существующих зданий, содержит руководящие принципы по модернизации потенциала сейсмической устойчивости различных типов существующих зданий. Все юрисдикции Калифорнии допускают добровольное структурное укрепление (переоборудование от землетрясения), а некоторые имеют обязательные программы.

Обязательные постановления об изменении

В некоторых юрисдикциях приняты обязательные постановления о модернизации, направленные на конкретные типы зданий, которые, как известно, являются особенно уязвимыми. Эти постановления обычно сосредоточены на зданиях с неукрепленной каменной кладкой, жилых зданиях с мягкой этажностью и непроводящих бетонных зданиях. Обязательные программы устанавливают сроки соблюдения и могут предлагать финансовые стимулы или техническую помощь владельцам зданий.

Эффективность программ модернизации зависит от механизмов обеспечения соблюдения, наличия финансовой помощи и информированности общественности. Сообщества должны сбалансировать выгоды от обязательной модернизации в области общественной безопасности с финансовым бременем для владельцев недвижимости и потенциальным воздействием на доступное жилье.

Сейсмический дизайн на основе производительности

Рекомендуется подход, основанный на результатах, для определения уровня предсказуемого поведения здания путем реагирования на максимальное предполагаемое землетрясение с оценкой угрозы / уязвимости и анализом риска, используемым для определения уровня производительности, желаемого для проекта здания.

Цели и уровни эффективности

Конструкция, основанная на производительности, позволяет владельцам зданий и проектировщикам выбирать цели производительности, которые превышают минимальные требования к коду.

  • Производительность: Здание остается полностью функциональным с минимальным ущербом, что позволяет немедленное повторное заселение и продолжение операций. Этот уровень подходит для критически важных объектов, таких как больницы и центры неотложной помощи.
  • Непосредственная занятость: Здание имеет минимальный структурный ущерб и может быть немедленно занято, хотя может потребоваться некоторый ремонт. Этот уровень подходит для основных объектов и зданий, где непрерывность бизнеса имеет решающее значение.
  • Безопасность жизни: Здание может нанести значительный ущерб, но не разрушается, защищая жителей во время землетрясения. Это представляет собой минимальное требование к коду для большинства зданий.
  • Профилактика коллапса: Здание находится на грани обрушения, но не упало, предотвращая потери от структурных повреждений, но, вероятно, требуя сноса. Этот уровень может быть приемлемым для временных сооружений или зданий с ограниченной заполняемостью.

Цели эффективности могут варьироваться для различных интенсивностей землетрясений. Здание может быть спроектировано для эксплуатационных характеристик при умеренных землетрясениях, непосредственной занятости при землетрясениях проектного уровня и безопасности жизни при максимально рассматриваемых землетрясениях.

Экономические соображения

Около половины штатов и территорий в Соединенных Штатах — более 109 миллионов человек и 4,3 миллиона предприятий — подвергаются рискам сейсмических опасностей, при этом средняя прямая стоимость ущерба от землетрясения оценивается в 1 миллиард долларов в год, а косвенные потери бизнеса, по оценкам, превышают 2 миллиарда долларов в год.

Эти статистические данные подчеркивают экономический императив для снижения сейсмического риска. Хотя для повышения эффективности сейсмической конструкции и модернизации требуются первоначальные инвестиции, они, как правило, оказываются экономически эффективными при рассмотрении потенциала для избежания потерь. Проектирование на основе эффективности позволяет владельцам зданий принимать обоснованные решения о соответствующем уровне инвестиций на основе их конкретных требований к устойчивости к риску и непрерывности бизнеса.

Передовые технологии сейсмической защиты

Помимо традиционных подходов к сейсмическому проектированию, передовые технологии обеспечивают повышенную защиту зданий в зонах повышенной опасности или сооружений, требующих исключительной производительности.

Базовые системы изоляции

Сейсмическая изоляция предполагает размещение моста на гибких подшипниках или изоляторах, которые могут перемещаться независимо от земли во время землетрясения, уменьшая количество сейсмической энергии, передаваемой на мост.Этот принцип в равной степени применим и к зданиям, где системы изоляции основания, установленные между фундаментом и надстройкой, позволяют земле перемещаться под зданием, в то время как структура выше остается относительно неподвижной.

Системы изоляции оснований обычно используют эластомерные подшипники (резиновые прокладки, усиленные стальными пластинами) или подшипники маятника трения. Эти устройства обеспечивают гибкость в горизонтальном направлении при сохранении вертикальной жесткости для поддержки веса здания. Удлиняя фундаментальный период здания и вводя демпфирование, изоляция основания может уменьшить сейсмические силы на 70-80% по сравнению с обычной конструкцией с фиксированной базой.

Изоляция баз особенно эффективна для малоэтажных и средних зданий и успешно применяется в больницах, центрах неотложной помощи, исторических зданиях и критических объектах по всему миру.В то время как более дорогое, чем обычное строительство, повышенная защита и уменьшенный потенциал повреждения часто оправдывают дополнительные затраты на важные структуры.

Устройства для рассеивания энергии

Системы демпфирования, такие как настроенные массовые амортизаторы или вязкоупругие материалы, могут использоваться для поглощения некоторой энергии от землетрясения и уменьшения количества движения в мосту.В здания могут быть включены различные типы устройств рассеивания энергии:

  • Вязкие демпферы: Эти устройства используют текучую среду, протекающую через отверстия для рассеивания энергии, аналогично автомобильным амортизаторам. Они обеспечивают скоростное демпфирование и могут быть установлены в скобчатых рамах или между этажами.
  • Дармперы трения: Эти устройства рассеивают энергию посредством трения между раздвижными поверхностями. Они активируются при заданных уровнях силы и обеспечивают последовательное рассеивание энергии.
  • Металлические Дамперы Удаления: Эти устройства используют контролируемый выход металлических элементов для рассеивания энергии. Они надежны, не требуют технического обслуживания и обеспечивают предсказуемую производительность.
  • Вязкоупругие плотины:] Эти устройства используют вязкоупругие материалы, которые деформируются под сдвигом, рассеивая энергию через внутреннее трение. Они эффективны в диапазоне частот и температур.
  • Настроенные массивные плотины: Большие массы, установленные на пружинах или маятниках на вершине высоких зданий, колеблются вне фазы с движением здания, уменьшая динамическую реакцию. Хотя они в основном используются для движения, вызванного ветром, они также обеспечивают некоторую сейсмическую выгоду.

Устройства для рассеивания энергии могут быть добавлены в новые здания или модернизированы в существующие структуры. Они предлагают способ повышения сейсмических характеристик без серьезных структурных изменений, что делает их привлекательными для исторических зданий или сооружений с архитектурными ограничениями.

Активные и полуактивные системы управления

Активные системы управления используют датчики для обнаружения движения здания и приводы для применения противодействующих сил в режиме реального времени. Эти системы теоретически могут обеспечивать оптимальную защиту, но требуют надежных источников питания, сложных алгоритмов управления и значительного обслуживания. Их сложность и стоимость ограничили широкое распространение, хотя исследования продолжают продвигать технологию.

Полуактивные системы предлагают компромисс, используя управляемые устройства (такие как амортизаторы с переменным отверстием), которые корректируют свои свойства в ответ на измеренное движение здания. Эти системы требуют меньшей мощности, чем полностью активные системы, обеспечивая при этом повышенную производительность по сравнению с пассивными устройствами.

Неструктурные компоненты и строительный контент

Хотя структурная целостность получает основное внимание в сейсмической конструкции, неструктурные компоненты и строительные материалы часто составляют большинство потерь от землетрясений и могут представлять значительную опасность для жизни.

Архитектурные компоненты

Фасады зданий, особенно тяжелые облицовочные системы и большие стеклянные панели, должны быть спроектированы так, чтобы вместить сейсмический дрейф без падения.Правильная детализация соединений позволяет структурной раме деформироваться при сохранении поддержки облицовки. Внутренние перегородки, подвесные потолки и лестницы требуют сейсмических соединений или гибких соединений для предотвращения повреждения и поддержания путей выхода.

Парапеты, карнизы и другие выступающие элементы представляют опасность падения и требуют надежного крепления к структурной системе.В исторических зданиях часто используются тяжелые неукрепленные кладки, которые представляют значительную опасность и часто являются целями программ модернизации.

Механические, электрические и сантехнические системы

Механическое и электрическое оборудование должно быть закреплено для предотвращения опрокидывания и поддержания функциональности. Гибкие соединения для трубопроводов и воздуховодов позволяют без разрыва перемещаться по зданиям. Автоматические запорные клапаны для газовых систем предотвращают пожары после землетрясений. Системы аварийной электропитания требуют сейсмической защиты, чтобы они оставались в рабочем состоянии, когда это необходимо.

Поднятые резервуары для воды, градирни и оборудование на крыше требуют особого внимания из-за их высоты и массы.Эти элементы могут генерировать значительные силы во время землетрясений и должны быть должным образом поддержаны и закреплены.

Строительный контент и мебель

Высокие книжные шкафы, шкафы для хранения и стойки для хранения должны быть прикреплены к стенам или полам, чтобы предотвратить сбрасывание. Компьютерное оборудование, лабораторные инструменты и другое ценное или опасное содержимое требуют ограничения. В медицинских учреждениях обеспечение безопасности медицинского оборудования и расходных материалов имеет решающее значение для поддержания работоспособности после землетрясений.

Музеи, библиотеки и архивы сталкиваются с уникальными проблемами в защите коллекций при сохранении доступности.Специализированные системы монтажа, защитные корпуса и тщательное расположение могут минимизировать ущерб незаменимым артефактам и документам.

Устойчивость сообщества и готовность к чрезвычайным ситуациям

Эффективное снижение сейсмического риска выходит за рамки отдельных зданий и охватывает планирование устойчивости и готовность к чрезвычайным ситуациям в масштабах всего сообщества.

Планирование устойчивости

Планирование устойчивости сообщества определяет критические функции, которые должны поддерживаться или быстро восстанавливаться после землетрясений. Это включает в себя экстренные службы, здравоохранение, коммунальные услуги, транспорт, связь и распределение продуктов питания. Планирование усилий отображает зависимости между системами и выявляет уязвимости, которые могут каскадировать в более широкие сбои.

Планирование устойчивости учитывает не только физическую инфраструктуру, но и социальные и экономические факторы. Сообщества с сильными социальными сетями, разнообразной экономикой и справедливым распределением ресурсов обычно быстрее восстанавливаются после стихийных бедствий. Планирование должно охватывать уязвимые группы населения, которые могут столкнуться с препятствиями для доступа к помощи или восстановления после потерь.

Планирование экстренного реагирования

Всеобъемлющие планы реагирования на чрезвычайные ситуации устанавливают четкие роли и обязанности, протоколы связи и стратегии распределения ресурсов. Регулярные учения проверяют планы и выявляют пробелы или слабые места. Соглашения о взаимной помощи с соседними юрисдикциями предоставляют дополнительные ресурсы, когда местный потенциал перегружен.

Программы оценки безопасности зданий после землетрясения обучают добровольцев быстрому проведению оценки безопасности зданий, позволяя чиновникам принимать обоснованные решения об эвакуации, повторном заселении и сносе. Эти программы помогают предотвратить потери от послешоковых обрушений и облегчают эффективное использование ограниченных ресурсов проверки.

Общественное образование и осведомленность

Государственные образовательные программы помогают жителям понять сейсмические риски и принять соответствующие меры по обеспечению готовности. Это включает в себя обеспечение содержания домашних хозяйств, поддержание запасов чрезвычайной помощи, разработку планов семейной коммуникации и практику защитных действий, таких как «Сброс, покрытие и удержание». Образованные популяции более эффективно реагируют во время землетрясений и быстрее восстанавливаются после них.

Программы школьного образования охватывают детей и через них их семьи. Учения по землетрясениям в школах и на рабочих местах усиливают защитное поведение и уменьшают панику во время реальных событий. Пропагандистские кампании могут способствовать сейсмической модернизации, страхованию и другим мерам по снижению риска.

Международные перспективы сейсмического регулирования

Сейсмические строительные нормы и подходы к городскому планированию различаются на международном уровне, отражая различные уровни опасности, методы строительства, экономические условия и нормативную базу.

Всеобъемлющий подход Японии

Япония, сталкиваясь с некоторыми из самых высоких сейсмических опасностей в мире, разработала сложные строительные кодексы и механизмы обеспечения соблюдения. После разрушительных землетрясений Япония неоднократно усиливала требования и осуществляла обязательные программы модернизации уязвимых зданий. Страна вкладывает значительные средства в системы раннего предупреждения о землетрясениях, государственное образование и исследования в области передовых технологий сейсмической защиты.

Японские строительные нормы подчеркивают не только безопасность жизни, но и контроль за ущербом и сохранение функциональности. Это отражает признание того, что экономические потери от повреждения зданий могут превышать потери при современных землетрясениях. Опыт Японии показывает, что устойчивая приверженность сейсмической безопасности, подкрепленная адекватными ресурсами и политической волей, может значительно снизить риск землетрясений.

Регуляторная основа Новой Зеландии

Новая Зеландия приняла комплексное сейсмическое законодательство, требующее идентификации и укрепления зданий, подверженных землетрясениям. Подход страны уравновешивает общественную безопасность с экономическими соображениями, устанавливая сроки соблюдения, которые варьируются в зависимости от важности здания и уровня сейсмической опасности. Опыт Новой Зеландии после землетрясений в Крайстчерче проинформировал о продолжающейся доработке строительных норм и политики городского планирования.

Проблемы развивающихся стран

Многие развивающиеся страны сталкиваются со значительными проблемами в деле внедрения и обеспечения соблюдения строительных норм, касающихся сейсмической активности. Ограниченные ресурсы, быстрая урбанизация, неформальная практика строительства и слабое управление могут подорвать усилия по обеспечению сейсмической безопасности. Международные организации работают над передачей знаний, оказанием технической помощи и поддержкой в деле наращивания потенциала в уязвимых регионах.

Соответствующие технологии и методы строительства должны учитывать местные материалы, навыки и экономические ограничения. Решения, которые работают в богатых странах, могут быть неосуществимыми или устойчивыми в развивающихся регионах. Успешные программы часто сосредоточены на простых, недорогих улучшениях, которые могут быть реализованы с помощью местных ресурсов и традиционных методов строительства.

Будущие направления в сейсмическом снижении риска

Продолжающиеся исследования и технологический прогресс продолжают улучшать нашу способность снижать сейсмический риск и повышать устойчивость сообщества.

Продвинутое моделирование и моделирование

Вычислительные достижения позволяют все более сложно моделировать движение земли от землетрясения, структурные реакции и региональные воздействия. Моделирование с высоким разрешением помогает выявлять уязвимости, оценивать стратегии модернизации и оптимизировать планы реагирования на чрезвычайные ситуации. Машинное обучение и искусственный интеллект предлагают новые подходы к анализу сложных сейсмических данных и прогнозированию производительности зданий.

Модели оценки региональных потерь объединяют оценки опасности, составление кадастров и функции уязвимости для прогнозирования потерь, ущерба и экономических потерь от землетрясений, связанных со сценариями. Эти модели информируют о решениях по управлению рисками, определяют приоритетность инвестиций в смягчение последствий и поддерживают планирование чрезвычайных ситуаций.

Умные здания и структурный мониторинг здоровья

Сети датчиков, установленные в зданиях, могут контролировать состояние конструкции, обнаруживать повреждения после землетрясений и предоставлять информацию в режиме реального времени руководителям зданий и аварийно-спасательным службам. Эта технология позволяет быстро оценивать безопасность зданий и может выявлять скрытые повреждения, которые могут быть не очевидны при визуальном осмотре.

Умные системы зданий могут интегрировать сейсмические датчики с системами автоматизации зданий для автоматического осуществления защитных мер при обнаружении землетрясений. Это может включать в себя отключение лифтов на ближайшем этаже, открытие противопожарных дверей и активацию систем аварийного освещения и связи.

Системы раннего предупреждения землетрясений

Системы раннего предупреждения о землетрясениях обнаруживают начальные, менее разрушительные сейсмические волны и обеспечивают от секунд до десятков секунд предупреждения до того, как наступает сильное встряхивание. Хотя это короткое время предупреждения позволяет автоматизированным системам отключать критические процессы, поездам замедлять и людям принимать защитные меры. По мере расширения сенсорных сетей и улучшения алгоритмов системы раннего предупреждения становятся более надежными и широко развертываются.

Устойчивая и устойчивая интеграция дизайна

Проектирование будущего здания все больше интегрирует сейсмическую устойчивость с целями устойчивости. Системы оценки зеленого строительства теперь включают критерии устойчивости, признавая, что здания, которые должны быть снесены и восстановлены после землетрясений, имеют значительное воздействие на окружающую среду. Проектирование для долговечности, адаптивности и устойчивости поддерживает как устойчивость, так и цели сейсмической безопасности.

Адаптация к изменению климата и планирование сейсмической устойчивости имеют общие стратегии, включая избыточность инфраструктуры, распределенные системы и готовность сообщества. Комплексные подходы, которые одновременно устраняют множественные опасности, могут быть более экономически эффективными и всеобъемлющими, чем планирование на основе одного риска.

Заключение

Зоны землетрясений оказывают глубокое влияние на городское планирование и строительные нормы, формируя то, как сообщества развиваются и защищают себя от сейсмических опасностей.От сложного картирования опасностей и вероятностной оценки рисков до подробных требований строительного кодекса и передовых технологий защиты, область снижения сейсмических рисков продолжает развиваться на основе исследований, опыта и технологических инноваций.

Эффективное снижение сейсмического риска требует постоянной приверженности со стороны многих заинтересованных сторон - правительственных чиновников, которые принимают и применяют строительные кодексы, инженеров и архитекторов, которые проектируют безопасные сооружения, строителей, которые строят их должным образом, и жителей, которые поддерживают здания и готовятся к землетрясениям.

По мере того, как наше понимание опасности землетрясений и структурных характеристик продолжает развиваться, строительные нормы и методы городского планирования должны развиваться соответствующим образом. Тенденция к разработке, основанной на производительности, целям повышения устойчивости и комплексному планированию с несколькими рисками отражает растущее признание того, что минимальные стандарты безопасности жизни, хотя и необходимы, могут быть недостаточными для создания действительно устойчивых сообществ.

Общины в регионах, подверженных землетрясениям, сталкиваются с постоянными проблемами в балансировании сейсмической безопасности с другими приоритетами, включая доступность, устойчивость, историческое сохранение и экономическое развитие. Успех требует не только технических решений, но и политической воли, адекватных ресурсов, осведомленности общественности и устойчивой приверженности снижению сейсмического риска. Изучая прошлые землетрясения, применяя передовые знания и сохраняя фокус на этой критической проблеме, сообщества могут значительно снизить свою уязвимость и повысить свою устойчивость к будущим сейсмическим событиям.

Для получения дополнительной информации о сейсмических опасностях и безопасности зданий посетите Программа геологической службы США по борьбе с землетрясениями , Управление рисками землетрясений FEMA и Научно-исследовательский институт по изучению землетрясений . Эти ресурсы предоставляют ценные инструменты, руководство и учебные материалы для профессионалов и общественности, заинтересованных в снижении риска землетрясений.