Землетрясение в Турции: почему произошли столь масштабные разрушения зданий и коммуникаций - «Технологии строительства»

6 февраля 2023 года в Турции произошло одно из самых разрушительных землетрясений в истории – последнее землетрясение такой силы было 800 лет назад, в 1268 году в Киликии.

Последствия февральского катаклизма оказались катастрофическими. Более 160 тысяч зданий полностью разрушено или сильно пострадали. Повреждено более 100 мостов, сотни километров газопроводов и дорог. Выведен из строя крупный порт Искендер. Из-за обрушений прекратили работу 2 теплоэлектростанции.

Можно ли было избежать столь драматического развития событий? Российские ученые провели масштабное исследование причин массовых обрушений зданий в ходе землетрясения. Попытались осмыслить: что к этому привело, какие ошибки были допущены, и какие уроки можно извлечь из турецкого опыта уже применительно к нашим реалиям.

Итогами исследования на совместном с Международным форумом и выставкой 100+ TechnoBuild вебинаре поделился руководитель Департамента комплексной градостроительной безопасности ЦНИИП Минстроя России, кандидат технических наук,  председатель совета Eurasian SEISMO Association Рустам АКБИЕВ. 

Почему происходят землетрясения

Рассмотрим механизм возникновения землетрясений. Как известно, земная кора состоит из плит. Плиты постоянно находятся в движении – они скользят по «выстилающему слою». При определенных обстоятельствах трение начинает препятствовать скольжению пород вдоль разлома. Накапливается энергия противодействия. Напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения. Накопленная энергия вызывает волновые колебания на поверхности земли. В итоге, происходит резкий разрыв пород. Это и есть землетрясение.

Сейсмическое воздействие в результате землетрясения может быть  как сильным, так и разрушительным, и даже катастрофическим. Если землетрясение сильное, и здания полностью разрушаются, возникает ряд сопутствующих проблем: затруднятся возможность проезда по городским магистралям. При завалах усложняются работы по ликвидации последствий и спасению людей. Кроме того, разрушения могут сопровождаться пожарами, наводнениями и цунами. 

Нормы были, но их оказалось недостаточно

...Почему одни здания после землетрясения остаются невредимыми, а другие, находящиеся рядом, могут разрушиться буквально в пыль? Почему от небольшого и вполне устойчивого дома может не остаться камня на камне, а монолитное высотное здание рядом – может устоять? Ответы на эти вопросы пытаются найти ученые, сейсмологи, изыскатели, специалисты по сейсмобезопасности, изучая опыт уже состоявшихся землетрясений.

 Скриншот с экрана вебинара, посвященного урокам землетрясения в Турции. Справа - руководитель Департамента комплексной градостроительной безопасности ЦНИИП Минстроя России Рустам Акбиев

Отечественная сейсмология ведет свой отсчет от Ашхабадского землетрясения 1948 года. Оно стало основой для развития сейсмонормирования в СССР. А мощное Спитакское 1988-го привело к серьезным изменениям в проектировании зданий в Советском Союзе.

Для Турции отправной точкой стало Измитское землетрясение магнитудой 7,5 по шкале Рихтера, которое произошло в 1999 году. В результате природного катаклизма было разрушено или сильно повреждено от 50% до 70% процентов зданий. Именно тогда в Турции были серьезно пересмотрены нормы по проектированию в сейсмоопасных районах. Составлены карты сейсмической опасности.

Опыт Измита проанализировала государственная комиссия. Тогда, в качестве скорейших мер, она порекомендовала:

- откорректировать нормативные документы по проектированию железобетонных и каркасных зданий;

- начать финансово стимулировать создание инновационных сейсмостойких систем;

- ужесточить требования к качеству проектирования в сейсмоопасных зонах;

- решить вопрос с нормативным регулированием землепользования, в частности, с застройкой вблизи тектонических разломов.

Как раз на рубеже 20-го и 21 века в Турции начали реализовывать международный проект ООН-Хабитат по снижению сейсмической угрозы. Согласно этому проекту, изменилось отношение к сейсмостойкости, в целом. Наконец, всем стало понятно: бесполезно усиливать одно здание, если риск обрушения рядом стоящих остается на прежнем уровне. Проблему нужно решать не по отдельности, а в целом.

Параллельно в Турции была принята Национальная стратегия с планом действий для смягчения последствий землетрясений. Она предусматривала паспортизацию всех построек в зоне риска. Разработку «сценариев бедствия» - то есть, каким разрушениям могут подвергнуться те или иные дома при том или ином развитии событий и разной силе толчков.

Землетрясение 6 февраля 2023 года с эпицентром в турецком городе Газиантепе показало: разный уровень разрушений в разных местностях и городах зависел от того, какой комплекс мер по сейсмозащите успели там реализовать.

Неконтролируемая урбанизация привела к перенаселенности

...В 50-х годах в Турции произошла так называемая неконтролируемая урбанизация, которая привела к росту плотности застройки.

Причем, основные объемы строительства были выполнены по нормам, которые, по всеобщему признанию, являлись более либеральными, по сравнению с градостроительными нормами в СССР.

Нормы 1997 года уже ближе к нормам Армении, Казахстана и Узбекистана. Дополнительное ужесточение нормативного законодательства произошло лишь в 1999 году после Измитского землетрясения.

- Тем не менее, в градостроительном законодательстве Турции до сих пор отсутствует обязательное требование обеспечивать пространственный характер работы сооружения. О чем это? Например, вы делаете проект сейсмостойкого здания, но забываете обеспечить его удобными подъездами. Кроме того, не учитываете, что рядом находится несейсмостойкая застройка. Между тем, по правилам, перед тем как сажать высотное здание в жилом районе, необходимо рассмотреть, какой риск оно таит для своего окружения, – говорит Рустам Акбиев.

Как выяснилось, в турецких нормативах такие нормы, как равномерное распределение нагрузок на перекрытия, масс и жесткостей конструкций в плане и по высоте, имеют добровольный характер. Между тем, перевод этих норм из добровольных в обязательные в зонах сейсмической опасности сыграл бы большую позитивную роль, обеспечив дополнительный запас прочности и надежности таким конструкциям.

 Различные дефекты строительных конструкций, проявившиеся в ходе землетрясения. Скриншот с экрана вебинара

Отрицательно сказалось на прочности зданий и то, что, до 2000 года в Турции всерьез не занимались грунтами. Если в России еще в 80-е годы прошлого века были ужесточены требования к составу инженерно-геологических изысканий, чтобы минимизировать риск деградации грунтов и просадки фундаментов при возникновении землетрясений (СНиП II-781*), то в Турции лишь недавно обратили на это внимание - начали проводить исследования, строить графики грунтовых условий. 

В зонах сейсмоопасности рискованно строить здания с «гибкими» этажами

...Кадры из турецких городов, где произошло землетрясение – ужасают: число погибших превысило 49 тысяч чловек, 115 тысяч раненых. Дсятки тысяч сооружений повреждены или поностью разрушены. 

Между тем, разрушения могли бы быть меньше, если бы, как считают специалисты, при проектировании большого количества зданий не был допущен ряд просчетов.

Как известно, в Турции любят размещать на первых этажах различные магазины. Именно потому здания здесь строят, в основном, по каркасно-стеновой системе: внизу внушительные пространства со свободной планировкой, панорамное остекление. Верх – более жесткий.

 "Гибкие" нижние этажи - не лучшее решение в сейсмически опасных зонах. Скриншот с экрана вебинара.

- Желание застройщиков обеспечивать на нижних этажах свободные планировки, освобождая помещения высотой 4-5 метров под офисы и магазины, привело к широкому применению в Турции каркасной системы без диафрагмы жесткости, - анализирует сложившиеся реалии Рустам Акбиев.

Как оказалось, «гибкие» первые этажи весьма уязвимы для восприятия сейсмических нагрузок. Нижняя часть здания с таким объемно-планировочным решением плохо работает на кручение. А именно крутильные колебания с неизбежностью возникают при подземном толчке.

- Негативный эффект довершают минимальная толщина перекрытий, недостатки в устройстве кладки стен и активное применение светопрозрачных конструкций, - продолжает Рустам Акбиев. - Проявляется и так называемый "P-дельта-эффект», когда из-за движения грунтов в нижних этажах появляются деформации.

Итог: мы имеем разрушение несущих конструкций нижних этажей или прогрессирующее разрушение в случае сохранения остаточной устойчивости.

- Увы, резервов для нормальной работы зданий, построенных по нормам, используемым с 1975-го по 2000-й годы, при землетрясении 2023 года в турецком Газиантепе почти не было, - считает Рустам Акбиев. – Поэтому такие катастрофические разрушения.

Экономия арматуры привела к «подламыванию» несущих колонн

Негативную лепту в случившееся внесло и недостаточное внимание к качеству используемых материалов вкупе с упрощенными технологиями возведения зданий.

При разборке завалов стали отчетливо видны дефекты самого строительства. Стены многих зданий были сложены из пустотелого кирпича. При армировании местные строители явно экономили на металле – шаг арматуры в некоторых местах достигает минимальных значений.

 Пустотелый кирпич и недостаточное армирование - одна из причин разрушения зданий. Скриншот с экрана вебинара

Как выяснилось, фундаменты часто были залиты в виде железобетонной ленты или железобетонной плиты. Недостаточное заглубление фундаментов вкупе со слабыми грунтами сыграло с этими домами злую шутку: многие из них при толчке просто опрокинулись или завалились набок.

Итак, пренебрежение свайной технологией закладки фундамента, недостаток так называемого армирования хомутами и вертикального армирования привело к печальному результату.

- Некоторые дома строились просто на грани фола, - обескураженно повествует Рустам Акбиев. – Колонны, на которые опирались перекрытия, имели минимальное сечение, часто не квадратное, а прямоугольное. Причем армирование колонн и ригелей велось гладкостержневой арматурой, которая не обеспечивает устойчивостью при сжатии.

 Обломки разрушенного конструктива. Скриншот с экрана вебинара

В итоге, произошло то, что должно было произойти: интенсивные сейсмические колебания вызвали образование трещин в наиболее нагруженных частях колонн. По мере развития трещин и падения жесткости амплитуда колебаний увеличивалась. Продольная арматура под действием собственного веса здания теряла устойчивость и деформировалась в поперечном направлении, разрывая хомуты. Колонны подламывались, и здание заваливалось. Происходил коллапс – обрушение.

Причем, некоторые здания, выстоявшие в момент самих подземных толчков, разрушались уже позже, под действием сил прогрессирующего разрушения.

Почему сработал закон Мерфи

«Убивают здания, а не землетрясения», - сказал кто-то из мудрых, и был абсолютно прав.

После случившегося исследовались здания в 10 км от разлома. И вот что выяснилось: при колоссальных разрушениях, некоторые здания остались целыми, а рядом стоящие – получили разный уровень повреждений. Безусловно, это связано с целым комплексом причин, главная из которых – несоблюдение нормативов строительства.

 Масштабы разрушений в Турции. Скриншот с экрана вебинара

Здания, которые выстояли, это здания, построенные уже по новым, более жестким, нормативам. Да, большинство из них также было повреждено: наклонились, имеют частичное обрушение. Но люди в таких зданиях, в большинстве – выжили. А вот в старых зданиях, построенных до 1975 года и несколько позже ситуация оказалась трагической – немногих оставшихся в живых доставали уже из-под завалов.

Фатальным стал и еще один фактор. Хотя специалисты загодя просчитывали сценарии возможного землетрясения, согласно пяти сейсмическим зонам, на которые разделена Турция, - они недооценили сейсмическую опасность вблизи разломов, где риски кратно возрастают.

Регион, в котором произошло землетрясение, относится  к зоне с первой по третью с рисками от умеренного до очень высокого. В итоге, здесь реализовался закон Мерфи: если что-то плохое может произойти, оно обязательно произойдет, причем в самый неподходящий момент. 

Что к закону Мерфи добавил О.Генри

Итак, какие же выводы сделали российские ученые, анализируя уроки турецкого землетрясения 2023 года?

Во-первых, неконтролируемая урбанизация, густонаселенность некоторых районов стала основным фактором большого количества жертв.

Вторая причина - низкое качество строительства и несовершенство градостроительных норм.

Третье – недооценка сейсмоопасности региона при составлении сейсмических карт.

Четвертое – неудовлетворительная эксплуатация зданий. В большинстве из них десятилетиями не проводились планово-восстановительные работы.

Пятое – несоблюдение строителями требований по регулярности строений в плане и по высоте.

Шестое – строительство зданий по безригельной технологии с «гибкими» первыми этажами, перекрытиями минимальной толщины и недостаточным армированием.

Седьмое – отсутствие вертикальных диафрагм (стен и связей), которые могли бы обеспечить пространственный характер работы сооружения и его сейсмическую устойчивость

Восьмое - не учтен мировой опыт: на слабых грунтах следует строить здания с жесткой конструктивной системой.

Все эти факторы привели к наиболее неблагоприятному сценарию бедствия, гибели большого количества людей и разрушению десятков тысяч зданий.

Как известно, О.Генри добавил к Закону Мерфи следующую сентенцию: «...Мерфи еще был большим оптимистом».

Чтобы предотвращать последствия подобных катаклизмов, как выяснилось, нужно быть, в первую очередь, реалистом. И прилежно учиться на своих и чужих ошибках.

Подготовила Елена МАЦЕЙКО

(в статье использованы материалы вебинара «Уроки катастрофического землетрясения в Турции и Сирии: анализ причин разрушений; направления совершенствования строительных норм и градостроительного проектирования в сейсмических зонах», который проводился площадкой Форум 100+ Technobuild совместно с ЦНИИП Минстроя России).

Какие уроки можно извлечь из турецкого землетрясения:

- Обеспечение сейсмической безопасности сооружений и городов должно решаться комплексно: путем системного выявления территорий и объектов повышенного риска в пределах границ застроенных территорий с построением «сценариев бедствий» и разработанных на их основе превентивных градостроительных мероприятий по снижению сейсмической угрозы на уровне района, города.

Проблема сейсмической безопасности должна решаться, в первую очередь, градостроительными средствами!

- На первый план выходит задача по организации непрерывного мониторинга качества и безопасности градостроительных объектов, необходимость проведения сплошной паспортизации с оценкой дефицита сейсмостойкости после ввода таких объектов в эксплуатацию. А также обеспечение приемлемого уровня безопасности объектов на протяжении всего жизненного цикла.

- Необходимо выявлять потенциально возможные очаги сильных землетрясений, активных разломов, их расстояния до городов и населенных пунктов, оценивая усиление их воздействия на строительных площадках вблизи этих разломов. Строить для этих площадок «региональные модели воздействий» или «сценарные землетрясения»

- Необходимо разработать и применять на практике методы расчета на малоцикловую усталость элементов конструктивных систем, и как следствие, прогрессирующее разрушение при землетрясениях. Эти факторы в отечественных нормах сейсмостойкого строительства пока не учитываются.