Источник - https://profilib.org/chtenie/136721/lyudmil-oksanovich-nevidimyy-konflikt-10.php
САМОЕ СТРАШНОЕ БЕДСТВИЕ
Нам всем известно, каким огромным бедствием является землетрясение. Человеческие жертвы и материальный ущерб при землетресении можно сравнить лишь с ужасами войны.
История человечества создавалась на крыше котла, в котором кипят необузданные тектонические стихии. Со времен конкистадоров до наших дней Латинская Америка 32 раза подвергалась сильнейшим землетрясениям. Гватемала, Кито, Консепсьон, Манагуа, Мендоса и десятки других городов и сел сравнивались с землей. На границе Ближнего Востока и Средиземноморской области с 1 в. до н.э. до настоящего времени произошло около 2200 больших землетрясений. Еще не изгладилась память об опустошительном землетрясении в Западной Анатолии в 1971 г., энергия которого эквивалентна нескольким тысячам атомных бомб, подобных той, что была сброшена на Хиросиму. В Японии ежегодно регистрируется до 12 000 подземных толчков, из которых около 10% очень опасные. Агадир, Иокогама, Сан-Франциско, Скопле - названия этих городов стали синонимами ужасного несчастья.
ЛИМА, 9 октября (ТАСС). Продолжается подсчет числа жертв и размеров ущерба, причиненного землетрясением, которое произошло здесь 3 октября. По последним данным, погибли 83 человека, более 2400 ранены. Материальный ущерб исчисляется несколькими сотнями миллионов долларов.
ЛОНДОН, 6 апреля (БТА). Вчера утром в западной части Венесуэлы произошло сильное землетрясение, продолжавшееся 10 с. Сила толчков достигала 6,3 балла по шкале Рихтера. Город Сан-Пабло наполовину разрушен. Есть убитые и раненые. Землетрясение ощущалось и в столице страны Каракасе.
АФИНЫ. 1 января (БТА). В новогоднюю ночь в западной части Греции произошло землетрясение. Было зарегистрировано 40 подземных толчков, лишивших крова жителей нескольких сел, которые вынуждены были провести ночь под открытым небом. Наиболее сильный подземный толчок произошел в 2 ч следующей ночи. В среду сильный подземный толчок разрушил 103 жилища в районе деревни Агринион на западе Греции.
ПАРИЖ, 30 декабря (БТА). По данным пакистанского информационного агентства, в результате землетрясения, которое произошло в северо-западной части Пакистана во второй половине дня в субботу, погибли 4700 и ранены 15 000 человек. Ряд деревень, стоящих на протяжении 100 км вдоль берега р. Инд, были застигнуты ужасным бедствием. Полностью исчезла деревня Патан, находившаяся в 175 км к северо-западу от города Равалпинди, не существует больше и деревни Джаджал, расположенной несколькими километрами южнее. Предполагается, что разрушено много разбросанных в горах ферм. Точные сведения о размерах материального ущерба и числе человеческих жертв могут быть получены только через несколько дней.
ТОКИО, 18 августа (БТА). Национальный центр контроля за стихийными бедствиями на Филиппинах сообщил, что, по последним данным, во время землетрясения, которое произошло здесь в понедельник ночью, погибли 5300, ранены 688 и бесследно исчезли 2282 человека. Около 29 000 человек остались без крова. В информационном центре сообщили, что число погибших постоянно увеличивается, так как под развалинами разрушенных зданий находят все новые трупы. Наибольшее число жертв зарегистрировано в городе Котабато, расположенном на расстоянии 880 км от Манилы, где погибли 1500 человек и среди них целая воинская часть вместе с семьями.
НЬЮ-ЙОРК, 6 февраля (БТА). Как сообщил полковник Гильермо Эчевериа - представитель специальной комиссии, созданной в Гватемале в связи с чрезвычайным положением, сложившимся после землетрясения, которое произошло в среду вечером, - по последним, еще не окончательным данным, число убитых превышает 6000, а раненых - 40 000 человек. Со многими населенными пунктами, расположенными в горах, прервано телефонное и транспортное сообщение, вследствие чего комиссия не располагает сведениями о положении в них.
Председатель Красного Креста в Гватемале Хосе Альварадо сообщил журналистам, что целые селения в горных районах вблизи столицы были разрушены до основания. Заместитель министра путей сообщения Касерес отметил, что дороги, ведущие к Атлантическому побережью, все еще недоступны для транспорта. Половина зданий в столице Гватемалы - городе с населением 1 млн. 200 тыс. человек - в той или иной степени пострадала от землетрясения.
Последнее сообщение касается одного из сравнительно недавних крупных землетрясений, которое произошло в ночь с 4 на 5 февраля 1976 г. в Гватемале. Эта небольшая центральноамериканская республика не знала подобного стихийного бедствия с 1902 г. Среди нескольких европейцев, ставших очевидцами этого страшного события в столице страны, был и знаменитый норвежский путешественник Тур Хейердал. О его полуночной одиссее в Гватемале известный болгарский переводчик Светослав Колев, друг путешественника, рассказывает следующее:
"Четвертого февраля Хейердал и Караско выбрались из джунглей в столицу. Поскольку они не успели снять номер в современном отеле-небоскребе, им пришлось остановиться в старомодной гостинице "Континенталь", которая считалась шикарной перед второй мировой войной. Хейердал получил комнату №13, но так как он не был суеверен, то не стал возражать. Прежде, чем лечь, он переставил кровать, которая стояла у двери балкона, на середину комнаты, чтобы ему не дуло. В силу приобретенной в многолетних странствиях привычки он положил на ночной столик в головах электрический фонарик, а на стул у кровати - сумку с документами, деньги и свою одежду.
В 3 ч 35 мин его разбудили легкие толчки. Пока он сообразил, что это землетрясение, кровать начала подскакивать и танцевать, как бешеная. Раздался оглушительный треск, как будто в здание гостиницы ударила молния. С потолка сыпалась штукатурка, стоял страшный грохот, скрежет, пыль, дым, раздавались крики людей - истинная преисподняя! Затем толчки уменьшились, грохот стих. Хейердал, засыпанный в своей постели штукатуркой, кусками кирпича и щепками, вскочил, ощупью нашел фонарик, схватил туфли, полные извести, песка и пыли, сумку, одежду и побежал. К счастью, лестница была цела. Перепрыгивая через рухнувшие колонны, кучи кирпича и штукатурки, он выбрался на улицу. Лихорадочно озираясь, вокруг продолжавшегося разрушаться здания бегали испуганные люди. Хейердал начал одеваться, но тут заметил, что по дороге потерял одну туфлю. Через некоторое время появился Герман Караско, успевший захватить свой чемодан и фотоаппарат. Несмотря на продолжавшиеся подземные толчки, Хейердал вернулся в гостиницу. Когда он добрался до своей комнаты, то увидел, что наружная стена с балконом обрушилась и вместо нее зияет огромная дыра. Так что если бы он не переставил кровать, то непременно бы погиб. Кое-как собрав свои вещи, он снова выбежал на улицу. Там он с ужасом обнаружил, что не взял дневника и записной книжки, в которую записывал свои наблюдения во время экспедиции. Пробираясь среди развалин, он снова поднялся в комнату, нашел нужные вещи и затем в третий раз выскочил на улицу. В это время появились первые "шакалы в человеческом обличье", которые проникают в разрушенные здания с целью грабежа. Появилась и полиция, чтобы навести порядок. Люди выносили на руках раненых, кричали женщины, громко плакали дети. Вокруг ужасающая картина ада. Хейердал рассказывал: "Я пережил такое же страшное приключение, как тогда, когда "Кон-Тики" разбился о коралловый риф острова Рароя. Но комната №13 не принесла мне несчастья. Я остался жив, отделавшись лишь царапиной на ноге".
КАК ГИГАНТСКАЯ ПРУЖИНА…
Пагубное воздействие, которое грунт оказывает на здания, имеет волнообразный характер. Волны исходят из так называемого гипоцентра, или очага, расположенного в земной коре на глубине от 2-3 до 60 и даже 100 км. Обычно чем ближе к поверхности очаг землетрясения, тем сильнее разрушения. В Агадире (1963 г.) он находился на глубине 3 км, в Ташкенте (1966 г.) - 8 км, в Софии (1917 г.) - 5 км.
Проекцией гипоцентра на земную поверхность является всем известный эпицентр. Большая плотность минеральных образований в земной коре определяет высокую скорость волн, которая приблизительно равна первой космической скорости. С удалением от очага их горизонтальная компонента становится все значительнее, а ведь именно она представляет наибольшую опасность для сооружений. Строительные конструкции в конечном счете предназначены для восприятия вертикальных нагрузок (собственной массы, массы людей, оборудования, снега) и в этом отношении обладают известными резервами, т.е. могут выдерживать и определенные толки. Горизонтальная же их устойчивость зачастую минимальна.
Описанное распространение волн в значительной степени идеализировано. В действительности картина намного сложнее. Различные виды прямых, отраженных и преломленных волн подвержены интерференции, дифракции; их путь трудно проследить. Волны обладают целым "букетом" различных характеристик - длиной, частотой, амплитудой, - и если не все, то большая часть из них - это "цветы смерти и разрушения". Речь идет о волнах большой длины и малой частоты (порядка 1-10 колебаний в секунду). Особенно опасны так называемые волны Рейли, которые возникают на поверхности земли и создают главную сейсмическую проблему для строительства.
В названном диапазоне находятся и собственные частоты колебаний большинства сооружений, созданных человеком, так что эффективность (если можно так выразиться) землетрясения значительно повышается. Вероятность резонанса не исключена, а это значит, что здания могут быть полностью разрушены даже при сравнительно слабых толчках. Имеет значение и вид грунта, на котором возводится сооружение. Например, скальные породы являются проводником высоких частот, тогда как нескальные в известном смысле становятся их фильтром. Во втором случае вполне приемлемы жесткие несущие системы (монолитные стены из железобетона и т.д.) с высокой собственной частотой, а в первом следует применять более гибкие конструктивные системы. Таким образом можно добиться "расхождения" частот.
Но важнейшая характеристика сейсмических волн, бесспорно, - их ускорение. В сущности, именно ему землетрясения обязаны своей разрушительной силой. (Вспомним второй закон Ньютона: масса, умноженная на ускорение, дает силу.) Ускорение определяется по записи акселерографа и может варьироваться в достаточно широких пределах: Скопле, 1963 г. - 0,l g; Мессина, 1908 г. - 0,2 g; Фукуи (Япония), 1948 г. - 6 g.
Что касается амплитуды колебаний, то она имеет три пространственных измерений, вследствие чего произвольная точка земной поверхности описывает невероятно сложную кривую в пространстве. Эта кривая может быть построена по записям на сейсмографе, который работает в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Важно другое - ведь этот сумасшедший путь точка проходит за доли секунды. Не удивительно, что "… трудно сохранить равновесие … перспектива искажена … изображения предметов пляшут в воздухе. Так вспоминает о землетрясении в Токио в 1923 г. компетентный очевидец - проф. А. Имамура. В это время он находился в подземной части здания у сейсмографа. "Через 12 секунд после первого толчка, - писал Имамура, - начались исключительно сильные колебания. С крыши сыпалась черепица, стоял ужасный грохот … Невозможно было понять, стоит ли еще здание или уже рухнуло. Несколько минут меня подбрасывало, как маленькую лодку в штормовом море… Я испытывал ужасный страх.
Как рождается мощный импульс - источник разрушительных сейсмических волн? Откуда берется энергия уничтожения?
Механика этого вопроса в значительной степени ясна.
Естественное движение земных пластов не является свободным, и это приводит к их деформации. Местами деформации настолько значительны, что происходит аккумулирование гигантской потенциальной энергии. На земном шаре много таких сжатых пружин, которые, однако, не могут оставаться в таком состоянии вечно. Наступает момент, когда случай "спускает курок" и вся потенциальная энергия деформаций за считанные секунды переходит в кинетическую. Происходит землетрясение, после которого процесс накопления энергии начинается снова и продолжается годы и даже века.
Следуя в направлении, обратном пути сейсмических волн, мы добрались до их источника - освобожденной потенциальной энергии деформаций - и сил, которые приводят к аккумулированию этой энергии. Это последнее звено, о котором ученые могут сказать что-либо определенное, хотя само по себе оно далеко не последнее в мрачной цепи разрушений.
Во второй половине нынешнего века благодаря появлению новой теории, получившей название "плоскостной тектоники", в сейсмологии произошла революция. Стало возможным доказать факт движения континентов. В соответствии с этой теорией внешняя оболочка Земли глубиной до 60 км разделена трещинами на множество плоскостей, которые несут "на своем горбу" груз океанов и континентов. Швы между этими глыбами, которые называются сейсмическими швами, или разломами, заполнены значительно менее прочным материалом и являются своеобразными "осевыми линиями" сейсмических зон. Огромные глыбы "плавают" в значительно более тяжелой земной мантии и непрерывно сталкиваются одна с другой краями. Именно эти столкновения становятся причиной опасных деформаций, которые, как мы знаем, проявляются в виде землетрясений и локализируются в периферийных зонах глыб.
По мнению некоторых сейсмологов, ежегодно происходит от одного до десяти миллионов землетрясений, самые слабые из которых почти не воспринимаются человеком. Географически они распределяются по так называемым сейсмическим поясам. Самый большой - Тихоокеанский сейсмический пояс (75% всех землетрясений), второй по величине - Альпийско-Гималайский (23%), и только 2% землетрясений происходит в других частях планеты.
Наиболее "популярным" разломом, бесспорно, является Сен-Андреас (Калифорния). Это центр движения, которое стало причиной землетрясения 1906 г. на площади 1 000 000 км2. Как известно, оно произошло 18 апреля в 5 ч 20 мин местного времени и продолжалось 60 с. В Сан- Франциско оно сопровождалось огромным пожаром. По энергетическому признаку это землетрясение эквивалентно 6300 таким, как в Агадире (Марокко) в 1960 г.; 350 км из общей 900-километровой длины разлома ожили, чтобы затем снова застыть, но с вертикальным смещением, местами достигающим 7 м.
В настоящее время некоторые части разлома Сен-Андреас, особенно вблизи Сан-Франциско, медленно движутся, никого не беспокоя. Однако для специалистов это сигнал того, что "пружина снова сжалась" - пласты деформируются, аккумулируя в себе потенциальную энергию разрушения. Многие ученые придерживаются мнения, что в этом районе "что-то еще должно произойти", но когда - никто не может сказать. Постепенно создается атмосфера, удобная для спекуляции научным авторитетом. В начале 70-х годов д-р Грийн из Калифорнийского университета "предсказал" день и даже час землетрясения: 4 января 1972 г., в 9 ч местного времени. К указанному времени была выключена вода, пожарная служба находилась в полной готовности, но все напрасно - землетрясения не было. Некий Джонсон, шарлатан без научного звания, указал в качестве даты землетрясения 12 февраля 1974 г. Но, как мы знаем, Сан-Франциско до сих пор цел и невредим.
И все же над проблемой предсказания землетрясений много и упорно работают ученые в заинтересованных странах. Время от времени появляются сообщения об определенных успехах (или случайных совпадениях?), но гораздо большую известность приобретают неудачи в этой области. Ряд специалистов придерживаются мнения, что даже определенные достижения вряд ли могут оказаться настолько полезными, как принято считать. Здания и сооружения, во всяком случае, не могут избежать пагубного воздействия. А для иллюстрации специальной и моральной стороны предсказаний достаточно привести лишь один пример. В 1972 г. в Японии произошел нашумевший случай, когда в результате массовой паники, вызванной таким предсказанием, остановилось движение на всех дорогах и была парализована хозяйственная жизнь огромного района, а землетрясение так и "не состоялось".
Однако крайний пессимизм едва ли можно считать самой удачной позицией в тот момент, когда еще слишком рано судить о возможностях, которые могут открыться при получении более точной информации о месте и времени ожидаемых разрушительных катаклизмов. Эти возможности зависят как от высокого качества информации (что пока еще недостижимо), так и от способности местных властей организовать быструю и эффективную эвакуацию населения из района, которому угрожает опасность.
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО
Итак, здания и сооружения в обширных районах планеты находятся на своеобразных виброплатформах, которые в определенный момент могут заколебаться. Какие меры следует принимать, чтобы оградить их от пагубных последствий этих колебаний?
Проблемы сейсмостойкого строительства, пожалуй, наиболее сложные для современной технической цивилизации. Трудности обусловлены тем, что заранее, "авансом", необходимо принимать меры против события, разрушительную силу которого невозможно рассчитать. Отдельные землетрясения имеют случайный характер. Последующее землетрясение в той или иной степени отличается от предыдущего. Поэтому подход специалистов к решению проблем сейсмостойкости сооружений в значительной мере умозрительный, теоретический, основывающийся на весьма идеализированных предположениях. Разумеется, в нынешнем веке, и особенно в последнее время, было проведено много важных исследований. Однако до сих пор землетрясения остаются единственной надежной проверкой как геологических и сейсмологических постулатов, так и принятых методов расчета конструкций на сейсмостойкость.
Первый метод расчета сейсмостойких конструкций был разработан в начале нашего столетия в Японии. Его создателя Омори побудили к этому ужасные последствия землетрясения в Токио и Иокогаме - одного из самых колоссальных бедствий, постигших планету в новое время. Метод был очень несовершенным: сейсмические нагрузки были представлены в виде статических сил, а здание рассматривалось как недеформируемое. Совершенно очевидно, что землетрясение вообще, и воздействие его на конструкцию в частности, представляет собой чисто динамический процесс: сейсмические нагрузки на конструкцию за доли секунды изменяются как по величине, так и по направлению воздействия. Это привело к появлению и быстрому развитию динамических методов, которые в настоящее время приняты почти во всех странах, расположенных в сейсмоактивных районах.
Первый опыт в этой области датируется 1920 г. (Монобе, Япония), но основы метода в наиболее общем виде были изложены советским ученым Завриевым в 1927 г. Сейсмические силы, являясь инерционными силами, обусловлены массой колеблющегося тела и ускорением отдельных его частиц. Масса в любом случае известна: она определяется постоянной нагрузкой и в значительной степени временными вертикальными нагрузками, расчет которых не представляет проблемы. Путем уменьшения массы можно достигнуть и уменьшения сейсмических нагрузок. Отсюда и современная тенденция к облегчению конструкций в сейсмоактивных районах посредством применения более легких строительных материалов главным образом для несущих, например, ограждающих элементов.
Самым "крепким орешком" при определении сейсмических сил является ускорение, с которым колеблются отдельные части конструкции. Из множества характеристик землетрясения - амплитуд, скоростей, интенсивности, продолжительности - самая важная - ускорение, с которым колеблются частицы почвы. Каким оно будет? Предусмотреть величину ускорения, по существу, значит предусмотреть силу землетрясения, а это почти так же трудно, как предсказать день, в который оно произойдет. Мы уже говорили, что землетрясения имеют случайный характер. Так или иначе, но эти проблемы решают сейсмологи; конструкторы же работают с учетом того фактора, что может произойти землетрясение, от которого они должны обезопасить свое творение. Фактически они располагают вероятной картиной землетрясения в основании здания. Однако каким будет ускорение отдельных точек по высоте конструкции?
Из почвы в конструкцию поступают колебания, сейсмические силы, но почва и отдельные точки сооружения колеблются с разным ускорением. Это обусловлено относительной гибкостью конструкции, ее неизбежной склонностью к деформациям, которая в данном случае исключительно полезна: благодаря разнице ускорений кинематическая энергия землетрясения расходуется на работу по деформации конструкции и общий разрушительный потенциал земного катаклизма сильно уменьшается. Деформации, которым подвергается конструкция, в значительной степени не являются необратимыми. Такие динамические и упругопластические свойства конструкции и материалов, из которых она изготовлена, обусловливают в основном эффект от воздействия сейсмических сил на сооружение.
Именно это обстоятельство не учитывалось в статическом методе расчета конструкций на сейсмостойкость, созданном Омори. И именно оно более или менее точно учитывается при современных динамических методах. Одна из наиболее распространенных разновидностей этих методов называется спектральной. Она появилась в начале 40-х годов в США и была разработана на основе обширной информации о землетрясениях 1923 г. в Сан-Франциско в 1933 г. в Лонг-Бич. Для американского варианта спектрального метода характерно то, что динамическое воздействие на здания и сооружения определяется с помощью универсальных моделей. На этой основе создается серия графиков (спектров) максимального ускорения, скорости и перемещения систем с различными собственными частотами при данном землетрясении. Поскольку характер землетрясения специфичен для каждого района, подобный подход вполне приемлем. Однако, чтобы иметь записи местных ускорений при землетрясении, необходимо, чтобы район достаточно проявил себя в сейсмическом отношении, да к тому же в недавнее время. Посредством анализа многих обстоятельств определяется соответствующий данному месту спектр сейсмических ускорений, которым пользуются конструкторы. Именно таким образом был создан стандартный спектр калифорнийских норм, с помощью которого в США проектируются сейсмостойкие здания и сооружения.
Параллельно с американскими исследованиями, но независимо от них развивается советский вариант спектрального метода, полное теоретическое обоснование которого дано исследователем Корчинским. Особенностью этого метода является аналитическое определение реакции конструкций на сейсмическое воздействие. Параллельно развивается разновидность динамического метода, при которой используются акселерограммы действительно происходивших землетрясений. Акселерограммами называются записи ускорений почвы во время землетрясения. На основе определенного числа таких записей и специальных математических методов получаются довольно точные результаты. Но из-за большого объема вычислительной работы и отсутствия достаточно полных и точных записей эта разновидность метода используется редко, в основном для очень ответственных сооружений. В последние годы все шире применяются методы, основывающиеся на теории вероятности и математической статистике.
Так или иначе, но не будет преувеличением сказать, что расчет сейсмических сил, которые нагружают конструкции, составляет 90% общего объема вычислительных работ. Практические методы определения этих сил весьма разнообразны. Сравнение технических норм различных стран обнаруживает значительное разнообразие даже основных концепций. Разумеется, это до некоторой степени оправданно, поскольку существуют различия между странами как в условиях их сейсмичности, так и в условиях их экономических и технологических возможностей. Однако два основных момента являются общими: 1. Несмотря на произвольное направление сейсмических сил, считается, что здания и сооружения имеют определенный резерв устойчивости по отношению к вертикальным нагрузкам, и поэтому расчет на сейсмику учитывает лишь горизонтальные нагрузки, возникающие при землетрясении. Исключение составляют некоторые мосты, козырьки, консоли, для которых вертикальные нагрузки имеют решающее значение. 2. Рассматривается только один момент динамического процесса колебаний, но именно тот самый момент, когда сейсмические силы достигают своей экстремальной величины. Далее полученные силы трактуются как статическая нагрузка. В этом нет ничего удивительного, потому что динамичность явления в достаточной степени учитывается при определении величины самих сейсмических сил.
Для удобства расчетов предполагается, что массы зданий и сооружений сконцентрированы в определенных их точках, хотя в действительности они равномерно распределены по всей их высоте. Например, для многоэтажных зданий такими точками считаются уровни отдельных этажей. При расчете зданий на устойчивость к сейсмическим воздействиям допускается возможность известных пластических деформаций и даже частичных разрушений, но лишь в неответственных и легковосстановимых несущих элементах, таких, как перегородки или фасадные стены. Все это продиктовано стремлением к разумному компромиссу между затратами на строительство и обеспечением необходимой надежности. В последнее время проводятся исследования по изучению взаимодействий между грунтовым основанием и конструкцией. Деформации в почве тоже поглощают часть кинетической энергии подземных толчков, и это еще один резерв удешевления антисейсмических мероприятий.
Когда речь идет о конфликте между сейсмическими силами и конструкцией, необходимо иметь в виду, что землетрясения представляют собой серию толчков, иногда с определенными паузами между ними, и что первые толчки создают условия для усиления эффекта последующих. Некоторые здания способны устоять при первых тектонических колебаниях, но получают при этом частичные повреждения - образуются трещины, ослабляются связи и т.п., что значительно снижает их устойчивость. Достаточно следующего, даже сравнительно слабого толчка, чтобы они разрушились.
Итак, конструкторские проблемы сейсмостойкого строительства являются весьма нелегкими, но покоятся на солидном, хотя и формальном основании: известны характеристики землетрясения. Насколько это основание совпадает с действительностью, другой вопрос. Здесь мы снова наталкиваемся на "твердый орешек" сейсмологии: каким будет характер вероятного будущего землетрясения, будут ли здания и сооружения надежны до такой степени, чтобы "и волки были сыты и овцы целы"? На эти вопросы пока точного ответа дать нельзя. Проделана огромная работа по сейсмическому районированию потенциально опасных территорий. Она выполнена с помощью современных геологических и сейсмологических исследований на основе тщательного изучения различных древних письменных источников и хроник, в которых речь идет о происходивших землетрясениях. И поскольку большое значение имеет локальная геологическая и гидрогеологическая картина, наметилась уже тенденция и к микрорайонированию, т.е. выделению более мелких сейсмических районов.
Сейчас еще нельзя дать категорического ответа на вопросы, касающиеся столь сложной области, где условия диктуются капризами природы и где метафизическая случайность (облаченная в одежды научной вероятности) играет почти такую же роль, как и тысячу лет назад. И все же, если характер будущих землетрясений окажется близким к ожидаемому (а это весьма вероятно, поскольку прогнозы составляются на основе всех тех знаний, которыми располагает мировая наука и практика), можно будет сказать со всей определенностью, что принимаются самые надежные меры против самого страшного стихийного бедствия.
НЕВИДИМЫЙ КОНФЛИКТ
ВОПРОС ПЕРВОСТЕПЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ
К новым материалам для строительных конструкций обыкновенно подходят крайне осторожно. Их проверка продолжается годами, часто они испытываются в действии - в экспериментальных зданиях и сооружениях. А вот "доверять" им начинают только тогда, когда их прекрасные первоначальные характеристики сохраняются в течение всего срока эксплуатации сооружения.
Каждый понимает, что для конструкции первостепенное значение имеет материал, из которого она выполнена. Именно он в основном определяет такие ее качества, как несущая способность, долговечность, стоимость. Кроме того, материал оказывает решающее влияние на конструктивные формы. Стальная балка, например, совсем непохожа на деревянную или железобетонную. Требования, которые в основном предъявляются к материалам для строительных конструкций, приблизительно таковы: высокая прочность; сравнительно небольшая деформируемость; долговечность прочностных характеристик; устойчивость к атмосферным воздействиям; высокая стойкость к динамическим нагрузкам, без усталости; огнестойкость; легкость; простота обработки, отсутствие производства и возможность его организации при минимальных капиталовложениях; ясность физической природы материала, обеспечивающая возможность ее изучения; возможность индустриализации строительного процесса при конструктивных формах, обусловленных применением материала; относительно невысокая стоимость.
Как можно видеть, требования эти весьма противоречивы. Сталь, например, при высокой прочности является достаточно дорогим, а во многих странах и дефицитным материалом. Она неогнестойка и поддается атмосферным воздействиям (корродирует). Бетон - дешевый и недефицитный материал, но он сравнительно тяжел и подвержен деформациям. Дерево при относительно большой прочности и исключительной легкости весьма чувствительно к атмосферным воздействиям и быстро загорается, не говоря уже о том, что оно в настоящее время крайне дефицитно. Очевидно, что эти три наиболее распространенных строительных материала далеки от совершенства. Правда, за последние десятилетия для нужд самолетостроения и космической техники создан ряд превосходных материалов, соответствующих значительной части предъявляемых к ним требований. Однако абсолютно идеальный материал с универсальными свойствами едва ли когда-нибудь будет создан. Но если даже он и появится, то цена его будет, естественно, огромной. А ведь строительство - массовая отрасль, может быть, даже самая массовая форма технической деятельности человека. Почти вся жизнь человека проходит под крышей - здесь он рождается, растет, работает, спит, развлекается, говорит. Здания и сооружения - это насущная человеческая потребность, которая, по-видимому, будет ощущаться вечно. Ясно, что ни одна страна не может себе позволить применять в массовом строительстве алюминиевые сплавы, специальные хромованадиевые, титановые и никелевые стали, легкую и исключительную прочную керамику, которая используется в космической индустрии.
Но рассмотрим вопрос материалов с другой стороны. Машина или предмет широкого потребления рассчитаны на срок эксплуатации от двух до десяти лет. Здания обычно строятся едва ли не на века. Поэтому необходимо, чтобы материал для конструкций сохранял свои свойства неизменными в течение десятков лет. За это время облицовка фасада может быть сменена 5 раз, а покрытия пола - 15 раз, могут разрушиться и снова быть смонтированы перегородки, в конце концов само здание может быть надстроено, но конструкция должна во всех случаях и в любой момент своей жизни сохранять необходимую несущую способность. Амортизация, при которой конструкция подвергается воздействию наиболее губительного фактора - времени (разумеется, речь идет о физических и химических процессах, которые непрерывно происходят в течение многих лет), несравнима с усилиями работы самолетной турбины или вращающегося с огромной скоростью вала. Просто и турбина, и вал изначально рассчитаны на более короткий срок службы и, следовательно, могут быть заменены. Подобные изделия выпускаются небольшими сериями, и применение для их изготовления исключительно дорогостоящих материалов вполне уместно. Строительство же - массовое производство. Строительные материалы должны быть дешевыми, очень дешевыми … и долговечными; они должны сохранять свои прочностные свойства в течение многих лет, несмотря на все разрушительные воздействия, несколько метафизически обобщенные в слове "время".
Длинный список требований к материалам для строительных конструкций можно интерпретировать более оптимистично. Практически нет сооружения, для которого необходимо соблюдение всех требований. Поэтому во всяком конкретном случае выбирается подходящий материал - такой, который наиболее полно отвечает данным условиям. Так, например, заводские трубы никогда не выполняются из дерева и почти никогда из стали, поскольку материалом, наиболее устойчивым к температурным и химическим воздействиям, является железобетон. Массовое жилищное строительство базируется на сборных железобетонных элементах конструкций. А вот уникальные многоэтажные здания - небоскребы - обязаны своим существованием исключительной прочности стали; бетон в этом случае, как материал гораздо более слабый, неконкурентоспособен.
Хотя практически нет сооружения, для которого было бы необходимым соблюдение всего комплекса требований к материалам, первые три требования из числа перечисленных выше являются обязательными. Они - закон.
Требование высокой прочности легко объяснимо: именно прочность материала определяет несущую способность конструкции, само ее существование. Однако прочность должна обеспечиваться ценой малых деформаций. Резина может выдержать большую нагрузку, только растягиваясь до предела; при малом относительном удлинении она не отличается прочностью. Если бы резина была конструктивным элементом, чтобы использовать ее прочностные возможности, ее надо было бы как можно сильнее растянуть. Но ясно, что человечество не нуждается в конструкциях, которые могут воспринимать необходимые нагрузки только ценой невообразимых деформаций и перемещений. Нетрудно представить себе мост, балки которого прогибаются до самой воды. По нему в конечном счете не сможет проехать ни одно транспортное средство. Или, например, здания: если на воздействие ветра они реагируют так же, как и ствол дерева, оконные стекла перебьются, облицовка фасада разрушится, покрытия пола потрескаются, а все трубы и коммуникации разорвутся, не говоря уже о том, что крайне неприятно жить в доме, который качается, как лодка в открытом море.
Что касается третьего требования, то оно, в сущности, является очень мудрым. Ведь две основные характеристики - прочность и деформируемость - с течением времени изменяются, и часто весьма значительно. В качестве примера (положительного!) можно взять бетон, который при благоприятных условиях в течение всей своей жизни накапливает прочность, т.е. становится не слабее, а прочнее. Но значительно больше можно привести отрицательных примеров. Как правило, сопротивление и деформация с течением времени изменяются в нежелательном направлении. Под действием нагрузок и времени материалы в большей или меньшей степени изменяют свое поведение, характеристики, и понимание этих сложных процессов является хотя и трудным, но необходимым условием. Желательно, чтобы еще в конструкторском бюро можно было предсказать состояние конструкции по истечении продолжительного времени. Только в этом случае можно гарантировать долговечность конструкции с необходимой степенью надежности.
