Практическая эффективность систем сейсмоизоляции зданий: эмпирические данные и уроки разрушительных землетрясений XXI века

Введение. Повышение надежности и механической безопасности зданий в сейсмоопасных регионах является одной из приоритетных задач современного строительства. Наиболее перспективным направлением в обеспечении сейсмостойкости зданий признано применение систем сейсмоизоляции, обеспечивающих снижение сейсмических нагрузок на конструктивную систему здания. В статье рассматривается проблема и подчеркивается актуальность исследования поведения зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции в условиях реальных сейсмических воздействий, а также оценка их технического состояния после сейсмических событий.

Материалы и методы. В статье представлен обзор и критический анализ результатов оценки последствий разрушительных землетрясений, касающихся поведения сейсмоизолированных зданий и эффективности систем сейсмоизоляции. Особое внимание уделено последствиям разрушительных землетрясений, произошедших в Чили (2010), Новой Зеландии (2010), Японии (2011 и 2016), а также в Турции (2023), где наличие или отсутствие систем сейсмоизоляции существенно повлияло на сохранность зданий и сооружений критически важной инфраструктуры.

Результаты. Установлено, что системы сейсмоизоляции позволяют существенно снизить инерционные сейсмические нагрузки, обеспечивая работоспособность зданий даже при воздействиях, превышающих проектные уровни. Все современные сейсмоизолированные здания, рассмотренные в настоящей работе, выдержали сейсмические воздействия, в том числе сверхнормативные, без потери функциональности и эксплуатационной пригодности. Исключением стал случай в Турции, где зафиксированы повреждения сейсмоизолированного здания, вызванные нарушениями технологии и ошибками, допущенными на стадии строительства.

Выводы. Результаты исследования свидетельствуют о высокой эффективности современных систем сейсмоизоляции в обеспечении надежности и механической безопасности зданий при сейсмических воздействиях. Основные преимущества применения систем сейсмоизоляции включают снижение повреждаемости несущих и ограждающих конструкций, сохранение функциональности и эксплуатационной пригодности зданий во время и после сейсмического воздействия, что особенно важно для критически важной инфраструктуры. При этом отмечается важность надлежащего проектирования, строительства и технического обслуживания сейсмоизолированных зданий.

1. <i>Boroschek R., Retamales R., Aguilar A.</i> Seismic response of isolated structures subjected to Mw 8.8 Chile earthquake of February 27, 2010. In: Proceedings the International Symposium for CISMID 25th Anniversary, Paper No. M-2, Peru; 2012. Available at: https://boroschek.com/wp-content/uploads/2013/01/2012_cismid-boroschek.pdf.

2. <i>Moroni M., Sarrazin M., Boroschek R.</i> Experiments on a base-isolated building in Santiago, Chile. Engineering Structures. 1998;20(8):720–725. https://doi.org/10.1016/s0141-0296(97)00086-2.

3. <i>Eriksen K.B., Mohammed M.S., Coria C.B.</i> Seismic Isolation in North and South America. In: 2018 NZSEE Conference, New Zealand; 2018. Available at: https://dis-inc.com/pdf_files/DIS%20Seismic%20Isolation%20in%20North%20and%20South%20America.pdf.

4. Learning from Earthquakes. The Mw 7.1 Darfield (Canterbury), New Zealand Earthquake of September 4, 2010. EERI Special Earthquake Report – November 2010. Oakland: Earthquake Engineering Research

5. Institute; 2010.

6. Ken Elwood (Group Leader), Roberto Leon, Arturo Schultz, Henri Gavin, Jose Restrepo, Amit Kanvinde, G. Kumar Venayagamoorthy with input from several New Zealand colleagues: D. Bull; D. Brunsdon; D. Hopkins; J. Ingham; W. Kam; S. Oliver; S. Pampanin; E. Seville. NZ Structures Group. Japan and NZ RAPID and Research Needs Workshop February 9 and 10, 2012.

7. <i>Gavin H.P., Wilkinson G.</i> Preliminary Observations of the 2010 Darfield Earthquake on the Base Isolated Christchurch Women's Hospital. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering. 2010;43(4):360–367. https://doi.org/10.5459/bnzsee.43.4.360-367.

8. <i>Kuang A., Sridhar A., Garven J., Gutschmidt S., Rodgers G.W., Chase J.G., Gavin H.P., Nigbor R.L., MacRae G.A.</i> Christchurch Women’s Hospital: Performance Analysis of the Base-Isolation System during the Series of Canterbury Earthquakes 2011–2012. Journal of Performance of Constructed Facilities. 2016;30(4). https://doi.org/10.1061/(asce)cf.1943-5509.0000846.

9. By Courtesy of Tohoku Regional Development Bureau, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism.

10. <i>Iiba M., Kashima T., Morita K., Azuhata T., Inoue N., Tanuma T.</i> Behavior of seismically isolated buildings based on observed motion records during the 2011 Great East Japan earthquake. In: 13th World Conference on Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures, commemorating JSSI 20th Anniversary, 24-27 September 2013. Sendai Japan; 2013.

11. <i>Saito T.</i> Behavior of response controlled and seismically isolated buildings during severe earthquakes in Japan. Energia, Ambiente e Innovazione [internet]. 2015;(5). Available at: https://www.eai.enea.it/archivio/n-5-settembre-ottobre-2015/behavior-of-response-controlled-and-seismically-isolated-buildings-during-severe-earthquakes-in-japan.html.

12. Strong Motion Records at Nuclear Power Plants in the CD-ROM provided by Japan Association for Earthquake Engineering, No.10, 2011.

13. <i>Kashima T., Koyama S., Okawa I., Iiba M.</i> Strong Motion Records in Buildings from the 2011 Great East Japan Earthquake. In: Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering (15WCEE); 2012. Available at: https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_1768.pdf.

14. <i>Takayama M., Morita K.</i> Observed response of seismically isolated buildings during the 2016 Kumamoto earthquake. In: 17th U.S.-Japan-New Zealand Workshop on the Improvement of Structural Engineering and Resilience. New Zealand; 2018. Available at: https://atcouncil.org/docman/atc-15-16-papers/193-p5-01-takayama/file.

15. Morita K., Takayama M. Behavior of Seismically Isolated Buildings during the 2016 Kumamoto Earthquakes. Available at: https://studyres.com/doc/14250162/behavior-of-seismically-isolated-buildings-during-the-2016.

16. Strong Motion Seismograph Network (K-NET, KiK-net) [internet]. Available at: http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/docs/overview_kyoshin_index_en.html.

17. <i>Morita K., Takayama M.</i> Lessons learned from the 2016 Kumamoto earthquake: Building damages and behavior of seismically isolated buildings. AIP Conference Proceedings. 2017;1892(1):020007. https://doi.org/10.1063/1.5005638.

18. Condominium Management Companies Association [internet]. Available at: http://www.kanrikyo.or.jp/news/data/160614kyusyu2.pdf. (In Japanese).

19. AFAD. Disaster and emergency management authority [internet]. Available at: https://deprem.afad.gov.tr/stations.

20. <i>Qu Z., Wang F., Chen X., Wang X., Zhou Z.</i> Rapid report of seismic damage to hospitals in the 2023 Turkey earthquake sequences. Earthquake Research Advances. 2023;3(4):100234. https://doi.org/10.1016/j.eqrea.2023.100234.

21. The 2023 Kahramanmaraş, Turkey, earthquake sequence. USGS – Geologic Hazards Science Center and Collaborators [internet]. Available at: https://earthquake.usgs.gov/storymap/index-turkey2023.html.

22. <i>Erdik M., Tuzun C., Ulker O.</i> Evaluation of Seismic Isolation Applications of Health Care Facilities in turkey. In: Proceedings of the 14th World Conference on Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structuresю San Diego (CA), USA; 2015.

23. <i>Akkar S., Azak T., Çan T., Çeken U., Demircioğlu Tümsa M.B., Duman T.Y., Erdik M., et al.</i> Evolution of seismic hazard Maps in Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering. 2018;16(8):3197–3228. https://doi.org/10.1007/s10518-018-0349-1.

24. Middle East Technical University. Preliminary Reconnaissance Report on February 6, 2023, Pazarcik Mw=7.7 and Elbistan Mw=7.6, Kahramanmaraş-Türkiye Earthquakes. Report NO: METU/EERC 2023-01. Earthquake Engineering Research Center; 2023. Available at: https://avesis.tedu.edu.tr/yayin/06737146-9296-4ee9-9e8b-e47459a89d04/preliminary-reconnaissance-report-on-february-6-2023-kahramanmaraspazarcik-mw-7-7-and-elbistan-mw-7-6-earthquakes.

25. <i>Erdik M., Ülker Ö., Şadan B., Tüzün C.</i> Seismic isolation code developments and significant applications in Turkey. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2018;(115):413–437. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.09.009.

26. <i>Dilsiz A., Gunay S., Mosalam K., Miranda E., Arteta C., Sezen H., Fischer E., et al.</i> StEER-EERI: 2023 Mw 7.8 Kahramanmaras, Türkiye Earthquake Sequence Joint Preliminary Virtual Reconnaissance Report (PVRR). ETH Zurich [internet]. Available at: https://www.research-collection.ethz.ch/handle/20.500.11850/645478.

27. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Resmî Gazete [internet]. 2018; 18 Mart. Available at: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm. (In Turkey).

28. Malatya Battalgazi state hospital. TİS [internet]. Available at: https://www.tis.com.tr/en/projeler/malatya-battalgazi-state-hospital/ (2023).