Нормы, касающиеся землетрясений, постоянно обновляются благодаря непрерывным исследованиям, знаниям, полученным во всем мире в связи с землетрясениями, современными технологиями и подходами. Например, турецкие правила и стандарты землетрясений были обновлены в 1998, 2007 и, в последний раз, в 2019 году. Точно так же ASCE был модернизирован в 2005, 2010 и 2016 годах в соответствии с текущей информацией и технологиями. Хотя в предыдущие годы нормы нашли свое место в других международных правилах и спецификациях, принципы, связанные с изоляцией от землетрясений, были впервые включены в Турецкие правила землетрясений в 2019 году. Таким образом, были объективно определены основные требования к проектированию сейсмоизолированных зданий для условий нашей страны. Несмотря на то, что существует несколько незначительных различий, принципы проектирования как сейсмостойких, так и встроенных зданий (классическая конструкция) во всех этих нормах землетрясений очень похожи из-за общего подхода. В этом отчете обобщается информация о проектных и эксплуатационных показателях классических и сейсмоизолированных конструкций, в частности, в Своде принципов проектирования зданий, подверженных воздействию землетрясений (Турецкий кодекс строительных землетрясений – вкратце именуемый TBDY2019), который вступил в силу в 2019 году.

Во всех правилах и спецификациях предполагается, что классическая конструкция понесет ущерб при расчетном землетрясении (уровень, указанный как DD-2 в Кодексе землетрясений Турции 2019 г.), и для этого применяется метод, который принято называть «проектирование по мощности» и который выполняется полностью контролируемым образом. При расчете мощности вступает в действие концепция «сильная колонна-слабая балка», и размещение арматуры, особенно в точках соединения колонны-балки, корректируется в соответствии с этим расчетом для получения пластичных конструкций. Таким образом определяется, в каких элементах конструкции пластические шарниры (иными словами, повреждения) возникнут при расчетном землетрясении. В результате могут быть спроектированы сооружения, которые будут повреждены при расчетном землетрясении, но обеспечат безопасность людей (здания не будут полностью снесены и разрушены). Именно для этой цели используются коэффициенты уменьшения силы (R), которые были получены в кодах землетрясений. Силы, которые реально будет ощущать здание при воздействии землетрясений, в определенной степени уменьшаются (в соответствии с выбранным коэффициентом R) и проектируется соответствующим образом. В основе этого подхода лежит предположение о том, что элементы конструкции перейдут в ту часть, где они ведут себя как «пластичные». То есть элементы конструкции не будут вести себя жестко при землетрясении и будут повреждены. Это повреждение контролируется конструкцией емкости и при этом гарантируется, что здание не упадет. Все нормы землетрясений используют этот подход при возведении классических конструкций. В Турецком кодексе землетрясений 2019 года были определены четыре расчетных уровня землетрясений. Описание уровней землетрясений показано на рисунке 1. Целевые уровни производительности, которые здания могут обеспечить при воздействии землетрясений, представлены на рисунке 2, а целевые показатели эффективности, которые здание должно обеспечивать в зависимости от классического типа здания, представлены на рисунке 3. Все эти цифры взяты из «Принципов проектирования зданий на воздействие землетрясения», которые вступили в силу в 2019 году. Как видно из позиций на рисунке 1, расчетный уровень землетрясения классического здания определяется как минимальный DD-2. Глядя на пояснения на Рисунке 2 и в таблице на Рисунке 3, для «железобетонно-монолитной» конструкции в пункте (а) таблицы, мы видим, что если конструкция спроектирована в соответствии с «расширенными» целевыми показателями, то целевыми показателями здания являются как DD-1, так и DD-1. Для землетрясений уровня DD-2 — KH, то есть контролируемое повреждение, другими словами, «безопасность жизнедеятельности», становится минимальной целью, разрешений законодательством. При этом по запросу заказчика может быть выбрана дополнительная цель производительности. Тем не менее, следует отметить, что все программы, которые реализуются в стандартной комплектации, выполняются с учетом цели «Контролируемого повреждения». Другими словами, как конструктивные, так и неконструктивные элементы будут повреждены (KH), если они испытают на себе воздействие землетрясения уровня (DD-2), для которого они были спроектированы, в классическом здании, возведение которого было реализовано в полном соответствии с последними правилами землетрясений и также соответствует всем условиям, указанным в том же правиле. Этот уровень повреждений может быть легким, умеренным или серьезным, но конструкция не упадет, и люди, находящиеся внутри, могут быть безопасно эвакуированы. Здание нельзя будет использовать после землетрясения. В зависимости от степени повреждения может потребоваться его ремонт или полный снос.

В отличие от классического здания, коэффициенты R считаются очень низкими (например, 1,2, 1,5) в здании с сейсмоизоляцией. Таким образом, гарантируется, что элементы конструкции выдержат проектное землетрясение без повреждений. Точно так же сейсмоизоляционные устройства и конструктивные элементы под изоляционными устройствами (например, фундамент и верхние колонны фундамента) также спроектированы таким образом, чтобы оставаться полностью эластичными (R = 1) при максимальном землетрясении (уровень, указанный как DD-1 в Турецком кодексе землетрясений 2019 г.). Таким образом, конструктивные элементы (колонна, балка, фундамент, срез, плита) во всей конструкции выдерживают любое землетрясение без повреждений. На Рисунке 4 показаны целевые показатели эффективности для зданий с сейсмоизоляцией в Турецком кодексе землетрясений 2019 года. Как видно из таблицы на рисунке 4, сейсмоизолированные конструкции проектируются на уровне расчетной сейсмостойкости DD-2, по принципу КК (непрерывное использование), то есть по принципу нулевого повреждения, в рамках целей «продвинутого» уровня. Устройства и инфраструктура системы изоляции от землетрясений спроектированы таким образом, чтобы быть еще более совершенными, с целью бесперебойного использования даже при максимальном землетрясении, которое может быть спрогнозировано в этом регионе. Таким образом, элементы инфраструктуры, изоляционные устройства и сама надстройка выдерживают максимальное землетрясение, ожидаемое в этом районе, без каких-либо повреждений, и здание при этом сможет и в дальнейшем эксплуатироваться. Кроме того, изоляция от землетрясений также значительно снижает ускорение пола относительно здания. Это можно объяснить основным принципом работы сейсмоизоляции. Благодаря большому периоду изоляционной системы и высокой степени демпфирования, которую можно получить с помощью изоляционных устройств, ускорения и относительные смещения этажей, ощущаемые в надстройке, остаются на очень низком уровне. Это позволяет ненесущим элементам пережить возможное максимальное землетрясение с нулевым ущербом. Подробности этого поведения показаны на рисунке 5. Другими словами, сейсмостойкое сооружение, спроектированное и применяемое в соответствии с нормами, выдержит проектное землетрясение, ожидаемое в данном регионе, без каких-либо повреждений. Помимо того, что в конструкции не будет необходимости в каком-либо ремонте, сооружение сможет в дальнейшем бесперебойно эксплуатироваться. Иллюстрация влияния коэффициентов R в спецификациях и правилах по землетрясению на конструкцию здания представлена на рисунке 6. Эта цифра создана для приблизительных значений и может отличаться для каждой конструкции, но описывает основной принцип. На этом рисунке розовая кривая представляет собой спектр ускорения, сгенерированный для области. Зеленая кривая обозначает расчетный спектр, который был получен путем уменьшения розовой кривой в соответствии с уровнем пластичности конструкции с использованием коэффициентов R. Желтая кривая представляет собой спектр ускорений, полученный в результате применения изоляции от землетрясений без использования какого-либо другого коэффициента уменьшения. Кроме того, натуральные периоды классической постройки до 10 этажей не превышают 1,5 секунды, то есть она испытывает самые высокие ускорения (а значит, и силы) при возможном землетрясении. Сейсмоизоляция автоматически увеличивает период надстройки до 2 секунд и выше. Кроме того, поскольку он увеличивает коэффициент демпфирования с 5% до 20% и выше, он позволяет проектировать здания полностью эластичными.

1- Согласно Турецкому кодексу землетрясений 2019 года, проектирование жилых зданий класса BKS = 3 должно соответствовать целевому показателю «контролируемое повреждение» при расчетном землетрясении (DD-2). 2- Этот уровень производительности, ранее известный как «безопасность жизни», предназначен только для эвакуации людей после возможного землетрясения. 3- Это означает, что здание, скорее всего, придет в негодность или его будет невозможно даже укрепить или восстановить после землетрясения. 4- В зданиях с сейсмоизоляцией ожидаемая цель производительности — «непрерывное использование» при расчетном землетрясении (DD-2) и «контролируемое повреждение» при сильнейшем землетрясении (DD-1). 5- По этой причине утепленные здания можно использовать сразу после землетрясения, а структурные и неструктурные повреждения практически не возникают. 6- По этой причине в изолированных зданиях содержимое здания не будет повреждено.