искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 105 , авторов - 328 ,
всего информационных продуктов - 3108 , из них
статей журнала - 643 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2206 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 126 , технических решений - 4

© 2016-2019 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Геориск. Анализ и оценка 

О сейсмических воздействиях на высокие этажи зданий г. Москвы при удаленных землетрясениях

Никонов Андрей Алексеевич
27 февраля 2019 года

Высотное строительство в расширяющемся масштабе порождает новые вызовы в отношении безопасности возведения и эксплуатации зданий и сооружений, в том числе и при землетрясениях. Изучение этих вопросов в отношении сейсмических воздействий для территории г. Москвы до сих пор систематически не осуществлялось, а ведь оно требует продуманного системного накопления знаний. В статье на конкретных примерах рассматриваются сейсмические воздействия на высокие ярусы зданий и сооружений г. Москвы. Приводятся оценки возможной максимальной интенсивности и повторяемости сотрясений в столице от такого основного источника колебаний, как землетрясения в глубокофокусной очаговой зоне Вранча (Карпаты). Рассматривается постепенное усиление этих эффектов с увеличением высоты зданий и сооружений. Выделяются основные факторы и тенденции, которые необходимо учитывать при оценке уровня опасности и снижения рисков при будущих воздействиях. Приводятся рекомендации по направлениям дальнейших исследований и мерам по усилению сейсмобезопасности в г. Москве.

Никонов Андрей АлексеевичГлавный научный сотрудник лаборатории сейсмической опасности Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор, г. Москва

Введение

Проблема устойчивости и сохранности высоких ярусов зданий и сооружений в таком мегаполисе, как Москва, стала особенно актуальной в результате массового высотного строительства [4, 9, 10, 27, 28] (рис. 1) и неожиданных ощутимых сотрясений в городе от весьма удаленного Охотоморского землетрясения 24 мая 2013 года [7, 11, 29, 31]. Выявилось, что строительные нормы [27] содержат ряд упущений и нуждаются в актуализации [9, 28].

 

Рис. 1. Примеры увеличения этажности строений в г. Москве за последние 200 с небольшим лет [18] Рис. 1. Примеры увеличения этажности строений в г. Москве за последние 200 с небольшим лет [18]

 

До настоящего времени оценку сейсмических воздействий на высотные здания, особенно на их высокие этажи, невозможно было точно выполнить ввиду отсутствия представительного массива данных инструментальных записей и конкретных макросейсмических наблюдений по этажам на высоких ярусах. К решению этой задачи приблизились авторы публикаций [28, 33, 35], использовавшие расчетный метод с несколькими допущениями.

В 20072008 годах расчеты поневоле осуществлялись на основе макросейсмических сведений по приземным этажам с последующей экстраполяцией на высокие этажи с большими допусками. В то время не удалось в должной степени использовать исторический опыт наблюдений для высотных строений, оценить вероятные изменения среды и корректно определить вероятные интервалы сейсмических воздействий.

Необходимость оценки степени устойчивости высотных зданий и сооружений при внешних воздействиях была осознана при их массовом строительстве. Основное внимание при их проектировании в Москве уделялось ветровым нагрузкам, а сейсмическим воздействиям в гораздо меньшей степени. Автору известно всего несколько публикаций, отражающих результаты представительных поэтажных измерений вибраций трехкомпонентными датчиками с выделением именно сейсмических воздействий.

Например, такие измерения были выполнены в высотном Главном здании МГУ им. М.В. Ломоносова на Воробьевых горах в г. Москве (рис. 2) при Охотоморском землетрясении 24 мая 2013 года [12]. Они проводились на 13 уровнях на высотных отметках от 20 до 222 м. Есть основания полагать, что результаты измерений в нижней центральной части здания, имеющей форму параллелепипеда (с 1-го по 31-й этаж) в отличие от таковых для ротонды и шпиля являются более представительными для сравнения с большей частью других высотных зданий города из-за формы, наличия стального каркаса, строительных швов между этой частью и боковыми более низкими пристройками. Авторы исследования [12] оперировали в основном частотой колебаний и величинами смещений на записях. Они отметили устойчивое нарастание смещений (особенно в направлении прихода волн от источника) с высотой. До 23 этажа (95,5 м) деформации конструкций интерпретировались как сдвиговые, а выше как изгибные. Резкое нарастание амплитуд смещений, особенно для продольных волн, прослеживалось именно для высоты начиная с 90100 м. Важен вывод авторов работы [12] о том, что в колебаниях участвуют не только наземные конструкции, но и подземная часть сооружения, возможно с прилегающим грунтом основания [12, с. 36].

Рис. 2. Главное здание МГУ [1] Рис. 2. Главное здание МГУ [1]

 

Настоящая статья представляет собой попытку продвинуться в прояснении намеченных вопросов, в том числе с использованием макросейсмических сведений, полученных от очевидцев.

 

Источники сейсмически сотрясений в г. Москве

Основной доступный для исследований материал относится к двум сильным сейсмическим событиям с удаленными глубокофокусными очагами. Это землетрясение 4 марта 1977 года в зоне Вранча в Карпатах (Румыния) и Охотоморское землетрясение 24 мая 2013 года на Дальнем Востоке [7, 11]. Имеются также некоторые сведения о воздействиях на московские здания Вранчского землетрясения 10 ноября 1940 года [13, 15], но тогда в столице высотных сооружений практически не было.

В отдельных публикациях сообщается о том, что ощутимые колебания достигают г. Москвы при сильных землетрясениях в западной части Центральной Азии, на Северном Кавказе и в Крыму [33, 34]. Но документально известно только одно сообщение о слабо ощущаемых сотрясениях предположительно на верхнем этаже московского здания от Казанджикского землетрясения 1946 года, которое произошло в западной части Копетдага и имело магнитуду М=7,0 [15, 17]. Однако люди в столице не ощущали колебаний при более сильных землетрясениях Красноводском 1895 года в Западной Туркмении (М=7,7) и Балханском 2000 года (М=7,1). Ни одно из известных сильных коровых сейсмических событий на Кавказе и в Крыму на уровне ощутимых колебаний (23 балла) не достигало не только столицы, но и вообще центра европейской части России.

Исторические изыскания автора по землетрясениям Скандинавии за сотни лет также не дали данных о том, что сотрясения оттуда достигали хотя бы запада Русской равнины.

Местных же землетрясений тектонического генезиса за всю 850-летнюю историю Москвы ни в ней, ни в радиусе многих сотен километров от нее не происходило [16, 17, 21, 2325].

До 2013 года была известна только одна очаговая зона, продуцирующая сотрясения и в центре Русской равнины уже упомянутая выше зона Вранча в Карпатах, являющаяся зоной глубокофокусных землетрясений. По русским летописям известно, что сотрясения из этой зоны достигали центральных частей Русской равнины (и, соответственно, территории Москвы) на протяжении многих столетий [16, 20, 23].

 

Рост этажности и изменения геологической среды

Москва и ее окружение кардинально изменились за последние 60 лет. Резко увеличились ее площадь и население (постоянное и временное), жилые площади и коммуникации расширились во много раз, усложнилась инфраструктура. Сегодня это мегаполис с территорией ядра около 1000 кв. км, в котором сейчас постоянно проживает 1216 млн человек, тогда как, например, в 1940 году население города составляло около 4,5 млн человек.

С 19801990-х годов в столице начался строительный бум при падении проектной и строительной дисциплины. Резко выросла доля многоэтажных (1016 этажей) и высотных (выше 24 этажей) зданий (рис. 3). Безусловно, нарастание темпов высотного строительства сохранится и в дальнейшем. Соответственно, возрастут и масштабы изменений подземной среды, в первую очередь дифференцированные нагрузки на грунтовые основания и воздействие на гидравлические показатели (табл. 1).

 

Рис. 3. В Москве значительно увеличилась доля многоэтажных и высотных зданий [14] Рис. 3. В Москве значительно увеличилась доля многоэтажных и высотных зданий [14]

 

Таблица 1. Изменения этажности и статических нагрузок от веса зданий и сооружений на грунтовые основания в г. Москве (по [20])

 

О нарушениях устойчивости подземной среды при строительстве мало- и среднеэтажных зданий известно уже достаточно много для вывода общих заключений [3, 6, 15, 22 и др.]. Но вблизи высотных зданий дифференциация возникающих нагрузок и степень деформации грунтов неизмеримо больше. Между тем при проектировании небоскребов, во всяком случае в конце ХХ века, геологическую среду принимали стационарной, а о воздействии на нее при раскачивании высотных зданий и речи не было. В «Рекомендациях по оценке геологического риска на территории Москвы», утвержденных в 2002 году МЧС и Госкомархитектурой, о сейсмических воздействиях даже не упоминалось (и сейсмологи к составлению этих рекомендаций не привлекались) [9].

В значительном масштабе происходит вмешательство в подземное пространство (на глубину от 5 до 100 м) разрастающегося города. Оно сопровождается разнообразными и слабо контролируемыми изменениями влагонасыщенности грунтов, путей подземного стока, уровней и режимов подземных вод, деформируемости и прочности грунтов. Эти изменения связаны с работой метрополитена, с созданием мощных подземных комплексов под государственными учреждениями, с сооружением плотных и протяженных сетей коммуникаций, тоннелей, подземных автопарковок и пр. По названным и другим причинам здания и сооружения в городе становятся более уязвимыми [1517, 2325].

Инфильтрационное питание грунтовых вод в столице в 23 раза выше, чем за ее пределами в естественных условиях. Циркуляция поверхностных и подземных вод настолько нарушена, а искусственные коллекторы находятся в таком состоянии (65% изношенности), что более чем на 40% городской территории уровень грунтовых вод находится не глубже 3 м от поверхности. Согласно прогнозам дальнейшее развитие города вызовет активизацию подтопления, особенно в районах новой массовой застройки, ибо подтопление во всех случаях возникает при наличии техногенной нагрузки и зависит от ее интенсивности [7, 8]. За 10 лет доля подтопленных территорий в столице выросла на 1020% [16, 22, 25]. Это означает ухудшение прочностных свойств грунтов, усиление колебаний сооружений, снижение устойчивости высотных зданий и массивных комплексов.

Надо признать, что прямой опасности серьезных повреждений, а тем более разрушений высотных зданий в столице и Подмосковье от удаленных землетрясений нет. Но нельзя оставить без внимания воздействие расшатывания верхних этажей (не только при ветровых нагрузках, но и при сейсмических воздействиях) на фундаменты зданий и окружающую их геологическую среду, в результате чего могут быть спровоцированы вторичные процессы во вмещающей среде, не предусмотренные при проектировании. Например, в г. Ленинакане (ныне г. Гюмри, Армения) при Спитакском землетрясении 7 декабря 1988 года единственное 16-этажное здание уцелело, но его пришлось взорвать, поскольку оно начало крениться, так как не выдержало его основание. При этом решающее воздействие могли оказать изменившиеся свойства грунтов и изменение степени их водонасыщенности.

До середины XX века было допустимо принимать во внимание только естественные грунтовые условия участков строительства. Ныне же решающее значение приобретают техногенные изменения геологической среды [8, 12, 16, 17, 22].

Как известно, в Москве значительную площадь занимают слабые, обводненные и даже насыпные грунты. Кроме того, имеются участки развития карстовых и суффозионных процессов [8, 15]. При выборе площадок под строительство это учитывается. Но не известно, учитывается ли (и, если да, то как именно) то, что даже на участках распространения грунтов, которые имеют стабильные свойства в спокойных условиях, при сотрясениях уже на грани фоновой ощутимости (23 балла) грунты и стоящие на них здания и сооружения меняют несущую способность в худшую сторону. Между тем уязвимость грунтов оснований к сейсмическим воздействиям может значительно возрастать именно на участках размещения высотных зданий и их комплексов, геологическая среда под которыми может менять свойства на глубину во многие десятки метров.

 

Исторические примеры сейсмических проявлений на территории г. Москвы

Землетрясение 10 мая 1230 года выделяется среди других вранчских событий XIXIV веков, поскольку сведения о нем были зафиксированы не только в Киевской но и во Владимиро-Суздальской Руси (рис. 4), а также в Новгороде Великом, Твери и Смоленске [18, 22, 24]. Отметим, что до татаро-монгольского нашествия (до 1237 года) Москва упоминалась в летописях только как промежуточный пункт на пути из Владимиро-Суздальской в Киевскую Русь. Однако сведения из расположенных тогда к северу от Москвы городов указывают на то, что в 1230 году ее территория на уровне первых этажей сотрясалась с интенсивностью не менее 45 баллов [20], то есть испытала более сильные воздействия, чем при землетрясениях 1802, 1940 и 1977 годов. Поэтому событие 1230 года можно считать максимальным по силе из известных в центре Русской равнины за почти тысячелетнюю историю. В связи с этим его интенсивность можно принять за максимально возможную на данной территории.

 

Рис. 4. Карта распределения интенсивности сотрясений в баллах на Русской равнине при землетрясениях в зоне Вранча 10 мая 1230 года (черные квадраты) и 3 апреля 1977 года (изосейсты) [18] Рис. 4. Карта распределения интенсивности сотрясений в баллах на Русской равнине при землетрясениях в зоне Вранча 10 мая 1230 года (черные квадраты) и 3 апреля 1977 года (изосейсты) [18]

 

Землетрясение 26 октября 1802 года наиболее сильное из возникших в очаговой зоне Вранча в новейшей истории [26, 32]. С интересующего нас угла зрения примечательно следующее малоизвестное донесение московского обер-полицмейстера Киверина на высочайшее имя: «…землетрясение сие большую часть ощутительно было в верхних этажах больших домов. Везде колебались в оных мебель и прочие домашние предметы. Работавшие на Спасской башне в Кремле чувствовали трясение оной, а в доме актера Сандунова актеры от сильного колебания... начали было выходить вон...» [15, 16]. Отметим, что верхними тогда считались 3-й и 4-й этажи, правда при высоких потолках.

Вранчское землетрясение 23 февраля 1838 года также отозвалось в Москве, но очень слабо. О нем известно лишь одно краткое сообщение: «… в студенческом общежитии в верхнем этаже старого Университета… вдруг столики с горевшими на них свечами стали отодвигаться от стены, а неплотно затворенные двери начали хлопать… На другой день мы слышали, что в верхних этажах некоторых высоких московских домов в посудных шкафах было перебито немало посуды, а в некоторых стенах верхних этажей образовались  трещины» [16, с. 79]. В первой части цитаты речь идет о левом крыле здания Московского университета на Моховой улице, которое имело 4 этажа и высокие потолки. Описанная комната, вероятно, была угловой, обращенной к югу. Интенсивность сотрясений по приведенному описанию можно принять равной 4 баллам, но сведений о том событии слишком мало. Важно, однако, что уже тогда было отмечено резкое усиление колебаний на верхнем этаже.

Вранчское землетрясение 4 марта 1977 года [19, 21] (рис. 5) изучалось автором специально. В публикациях [33, 34] сообщается, что во время землетрясений в Карпатах в 1977 и 1986 годах на 1416 этажах московских зданий башенного типа интенсивность сотрясений достигала 6 баллов, возникли даже небольшие трещины на стыках стен и потолков. На верхних этажах двух соседних башен в Бирюлево даже разошлись швы между наружными стеновыми панелями с образованием щелей. Кроме того, известно, что в высотных башнях люди падали со стульев, в том числе это случилось с охранником на верхнем этаже (в ротонде под шпилем) Главного здания МГУ, хотя на земле многие люди вообще не ощутили колебаний [15].

Рис. 5. Сейсмические эффекты Вранчского землетрясения 4 марта 1977 г. (зеленые линии – приблизительные изосейсты с указанием интенсивности в баллах), показанные на фрагменте карты районирования сейсмической опасности для пиковых ускорений в долях g с вероятностью 10% их возможного превышения в течение 50 лет (бежевый цвет – интенсивность до 5 баллов, зеленый – 5–6 баллов, желтый – 6–7 баллов, розовый – 7–8 баллов, красный – 8–9 баллов, бордовый – 9 баллов и более) [33] Рис. 5. Сейсмические эффекты Вранчского землетрясения 4 марта 1977 г. (зеленые линии – приблизительные изосейсты с указанием интенсивности в баллах), показанные на фрагменте карты районирования сейсмической опасности для пиковых ускорений в долях g с вероятностью 10% их возможного превышения в течение 50 лет (бежевый цвет – интенсивность до 5 баллов, зеленый – 5–6 баллов, желтый – 6–7 баллов, розовый – 7–8 баллов, красный – 8–9 баллов, бордовый – 9 баллов и более) [33]

 

Результаты анализа сведений о воздействиях от удаленных землетрясений 1977 и 2013 годов

Конкретные сведения от очевидцев о макросейсмических сотрясениях в городе при землетрясении 1977 года не публиковались их автор собирал индивидуально.

В 2013 году сбор информации был более организованным, но также выполненным в небольшом для мегаполиса объеме [7]. Все же появилась некоторая основа для сопоставления сведений не только по нижним, но и по высоким этажам. Судя по всему, интенсивность изменялась от 24 баллов на двух первых этажах до 67 баллов на этажах выше 20-го.

Сходные выводы были сделаны и при обработке результатов инструментальных измерений во время землетрясения 24 мая 2013 года в Главном здании МГУ на Воробьевых горах [12].

Неполнота данных не позволяет сказать, что это присуще колебаниям от удаленных глубокофокусных землетрясений во всех высотных зданиях по всей Москве, но все же намечается определенный тренд.

По собранным автором опросным сведениям удалось сделать следующие общие выводы.

1. Степень реакции зданий в столице на слабые сейсмические воздействия от удаленных землетрясений прямо зависит от длительности существования зданий, их конструктивных особенностей и качества строительства и ремонта.

2. Интенсивность сейсмических воздействий в целом возрастает от нижних к верхним этажам, но их конкретные проявления зависят и от ряда других причин, таких как геологические и гидрогеологические условия, конструкция сооружения, степень его «усталости», характерные спектры собственных колебаний в соотношении со спектральными характеристиками землетрясений и др. Интенсивность колебаний (преимущественно горизонтальных) на 1018 этажах может увеличиться на 24 балла по сравнению с подвальным или первым этажом, а не на 12 балла, как принималось ранее, в том числе при расчетах [28, 35]. Следовательно, при сильных удаленных землетрясениях в московских высотных зданиях люди, находящиеся выше 1018 этажей, могут ощущать беспокойство и даже поддаться панике. На этажах примерно выше 20-го за счет сильного бокового раскачивания зданий сотрясения могут иметь интенсивность до 46 баллов, поэтому могут возникнуть отдельные повреждения конструкций, в том числе утечки воды и газа, разрывы электросетей, возгорания, нарушения телефонной связи. Все это осложнит психологическую и медицинскую помощь, эвакуацию людей и спасательные действия сил МЧС. В единичных случаях (в Спасской башне Кремля, Главном здании МГУ) сотрясения наверху оцениваются величинами до 57 баллов по шкале MSK-64. Из жилых высоток наибольшие опасения вызывают одноподъездные башни, особенно каркасно-щитовые.

3. Проблема оценки опасности и риска сейсмических воздействий в г. Москве в практическом отношении значима именно применительно к высотным зданиям, тем более при их массовом строительстве.

 

О каталоге сильных землетрясений прошлого в зоне Вранча

Землетрясение 4 марта 1977 года не было максимальным по выделенной энергии. Его магнитуда М составила 7,1 плюс/минус 0,2.

Вранчские землетрясения 26 октября 1802 года и 10 ноября 1940 года, сотрясения от которых достигли Москвы, имели более высокие магнитуды от 7,3 до 7,5. Соответственно, они могли вызвать и более сильные колебания на высоких этажах, если бы тогда существовали такие же высокие здания, как теперь.

К выяснению вопроса о максимальном по силе землетрясении в очаговой зоне Вранча автор подошел путем проверки и уточнения оценок в соответствующих каталогах за почти 900 лет. Эти оценки, как оказалось, значительно различаются между собой. Обнаруженные факты и проведенные сравнения выявили в существующих каталогах нестабильность определений параметров для периода позднего средневековья и XVIIIXIX веков.

Автором была выполнена ревизия каталогов наиболее сильных глубокофокусных землетрясений в очаговой области Вранча [19] для периода с 1100 по 1650 год (табл. 2).

 

Таблица 2. Усовершенствованный каталог сильнейших средневековых землетрясений в очаговой зоне Вранча

 

В базовом каталоге [26] и в последующих публикациях [23, 30, 3335, 37] за период с конца XI до середины XIII века указано 7(!) сильных землетрясений в зоне Вранча. Такой концентрации сильных событий в ней в последующие века не отмечалось, что автору показалось весьма странным. Эти землетрясения без пояснений относились именно к вранчским глубокофокусным. Из всех 7 указанных событий только для землетрясения 1230 года были сведения об одновременности сотрясений в Киевской и во Владимиро-Суздальской Руси, что подтверждало его возникновение именно в зоне Вранча [20].

После специального анализа и русских, и западноевропейских источников удалось прояснить эту необычную ситуацию. Были установлены следующие события: падение метеорита в 1091 г.;  землетрясение, по-видимому, на территории Тмутараканского княжества в 1107 г.; землетрясение в Южной Польше в 1126 г.; землетрясение в Крыму в 1196 г. Таким образом, выяснилось, что в зоне Вранча в XIXIII веках за 150200 лет произошло всего 2 сильных землетрясения, но никак не 7. Следовательно, расчеты, осуществлявшиеся на основе недостоверного (хотя и узаконенного) каталога, не могут считаться надежными.

 

К определению максимальных по силе воздействий и периодов их повторяемости в г. Москве

При рассмотрении опасности сейсмических воздействий в г. Москве следует различать два аспекта вопроса.

1. Уточнение сейсмического фона на территории центра Русской равнины, включающее определение фоновой балльности в рамках общего сейсмического районирования (ОСР). Здесь речь идет о максимальных наблюденных сотрясениях (которые для Москвы ввиду длительного срока их фиксации можно принимать за максимально возможные) на нормальных грунтах на уровне первого этажа при низком стоянии уровня грунтовых вод. Здесь важна оценка средних периодов повторяемости сотрясений в городе от глубокофокусных сильных событий именно в зоне Вранча.

2. Реальная степень сейсмической уязвимости зданий и сооружений в разных районах города (в основном за счет локальных условий, сезонных факторов и разной этажности). Этот аспект рассмотрен в публикациях [22, 28].

Попытки определить возможный предел интенсивности и средний период повторяемости сотрясений в столице от сильных землетрясений в зоне Вранча уже делались ранее [18, 30, 3235] (табл. 3).

 

Таблица 3. Сопоставление оценок средних периодов повторяемости (лет) для сильных землетрясений в зоне Вранча, выполненных разными исследователями [18]

 

Корректность решений зависит, естественно, от представительности и надежности использованного для них каталога, а также от принятия во внимание того факта, что при отдельных действительно глубокофокусных вранчских землетрясениях господствующим направлением излучения оказывалось не северо-восточное (в сторону Москвы), как это случилось, например, в 1838 году, а восточное и юго-восточное (в сторону Крыма).

До сих пор вовлеченные в решение проблемы сейсмологи и инженеры-геологи пользуются несовершенным каталогом вранчских сейсмических событий [28, 3335]. В соответствии с каталогом, уточненном автором, интервалы между самыми сильными событиями в зоне Вранча оказались существенно больше (как указывалось выше, за счет исключения ложных событий и землетрясений с очагами в других местах). Поэтому и приведенные в работах [30, 33] величины интервалов между сотрясениями в Москве (см. последний столбец в табл. 3) надо считать сильно заниженными, за исключением сотрясений в 3 балла.

Кроме того, при прогнозных оценках в отношении Москвы нельзя использовать несколько сильных вранчских событий (таких как в 1790 и 1838 годах), при которых основное излучение пошло на восток, а широты Москвы ощутимые колебания от них не достигли.

Отметим, что помимо средних интервалов между главными событиями надо учитывать длительность колебаний, если она необычна [27, 33, 35], возможность парных событий в течение недель (как случилось в 1940 г.) и/или минут (как, например, было в 2013 г.).

 

Комплекс высотных зданий «Москва-Сити»

Наиболее крупный и важный высотный комплекс столицы «Москва-Сити» (рис. 6) требует отдельного рассмотрения.

Рис. 6. Комплекс небоскребов «Москва-Сити» [36] Рис. 6. Комплекс небоскребов «Москва-Сити» [36]

 

На территории г. Москвы активные разломы не установлены, однако выделяются так называемые геодинамически активные зоны. Основная такая зона в виде полосы шириной 56 км пересекает город в северо-западном направлении в общем соответствии с направлением долины р. Москвы [5]. А квартал «Москва-Сити» как раз и находится в пределах этой зоны на Краснопресненской набережной на берегу Москвы-реки.

В геодинамически активных зонах имеются участки с повышенной трещиноватостью горных пород и, соответственно, с увеличенной флюидопроницаемостью, развитием карстовых и карстово-суффозионных процессов [5]. Именно в них в первую очередь могут со временем изменяться гидравлические условия в водоносных горизонтах и несущая способность грунтов в период строительства и эксплуатации высотных зданий и сооружений.

На изданной в 1997 году карте подтопления г. Москвы [15] квартал «Москва- Сити» оказался в узкой полосе между постоянно подтопляемыми и неподтопляемыми участками, что нельзя признать благоприятным.

На изданной в 2011 году «Схеме мощности низкоскоростных (мелкодисперсных) грунтов» площадь, занятая кварталом «Москва-Сити», оказалась в пределах редкого в городе участка с резким изменением мощности рыхлых отложений от 10 до 60 м [28]. Характерной особенностью оказался и рост сейсмической интенсивности от 4,0 до 5,5 балла при возрастании мощности от первых метров до 5070 м [28, с. 124]. Подчеркнем, что речь здесь идет об интенсивности на уровне земли и первых этажей. Иными словами, 5,5 баллов на данном участке это исходная величина. А чего следует ждать на этажах выше 30-го или 50-го? Этим вопросом инженеры-проектировщики и инженеры-строители не задавались.

До сих пор отсутствуют сведения о сейсмических воздействиях в высотных зданиях на этажах выше 30-го. Это относится и к комплексу «Москва-Сити» с десятью небоскребами башенного типа. Их поведение на этажах выше 50 - го с учетом резонансных явлений оценить простым экстраполированием скудных данных по этажам 1025 вряд ли возможно.

Дело здесь осложняется скученностью супервысотных зданий на ограниченном участке при различиях в периодах собственных колебаний каждого из них, а также тем, что соотношения между размерами подземных и надземных частей небоскребов рассчитывались для достижения устойчивости отдельно стоящих зданий. А как поведут себя их грунтовые основания при такой плотной застройке, как в этом комплексе, и как это отразится на высоких этажах в случае сейсмических воздействий?

 

Рекомендации

Изучение вопроса о сейсмических воздействиях на высотные здания г. Москвы требует продуманного системного накопления знаний по кругу специфических показателей и составления инструкций в отношении сейсмического риска. Решение этой задачи невозможно без организации специальной службы сейсмометрических наблюдений по конкретной долгосрочной программе, разработанной специалистами естественнонаучного, и инженерно-технического профиля. Для этого должно быть выполнено следующее.

1. Создание сети сейсмометрических наблюдений в разных частях мегаполиса в зданиях, различающихся по типу, этажности, длительности эксплуатации, грунтовым основаниям и окружающим геоморфологическим условиям.

2. Сбор и обработка опросных сведений от квалифицированных и/или проинструктированных информаторов по заранее определенным адресам.

3. Создание научно-методического центра сбора и оперативной обработки информации с регулярной выдачей и обсуждением полученных данных.

4. Постоянная и своевременная систематизация зарубежного опыта, учет достижений и просчетов в высотном строительстве развитых стран с публикацией соответствующих обзоров.

5. Налаживание связи с городскими коммунальными организациями, органами МЧС, службами пожарной и скорой помощи.

6. Выработка мер по противодействию разного рода слухам, нелепым предсказаниям и обучение жителей и работников верхних этажей правилам поведения в случае сотрясений.

 

Заключение

За несколько столетий в Москве не фиксировались сейсмические сотрясения с интенсивностью выше 45 баллов по шкале MSK-64 на уровне земли и двух первых этажей. Только событие 800-летней давности в зоне Вранча в Карпатах, вероятно, вызвало 5-балльные сотрясения в центре Русской равнины.

Фактические данные о возможности землетрясений в Москве интенсивностью 4 балла чаще, чем раз примерно в 100200 лет (на стандартных грунтах без подтопления), отсутствуют.

Надо учитывать, что с развитием в городе высотной застройки ситуация существенно меняется: интенсивность колебаний (преимущественно горизонтальных) на верхних ярусах высотных зданий и сооружений увеличивается в несколько раз по сравнению с приземными этажами.

Со времени последнего сильного землетрясения в очаговой зоне Вранча (с магнитудой 6,87,0) прошло около 40 лет. Поскольку интервалы между сильными событиями в этой области составляют 3060 лет, надо быть готовыми к тому, что очередное событие, сотрясения от которого достигнут Москвы, возникнет до середины XXI века.

Уточненная версия каталога самых сильных землетрясений в зоне Вранча (см. табл. 2) не дает оснований ожидать вскоре события с магнитудой более 6,87,0. Тем не менее на высоких ярусах высотных строений в ряде районов столицы вполне вероятны сотрясения интенсивностью 57 баллов.

Однако точно понять риски невозможно без контроля текущего состояния, усталости и износа зданий и сооружений, выявления недостатков строительства, мониторинга изменений геологической и гидрогеологической среды, дополнительного обсуждения перспектив развития высотного строительства в городе и его окрестностях.

При настоящей степени изученности вопроса можно сделать лишь следующие уверенные выводы. Проектировщики, строители, эксплуатационники, коммунальные службы и административные органы должны твердо знать, что верхние ярусы высотных зданий и сооружений гораздо более уязвимы при природных сейсмических воздействиях, чем нижние. Обеспечение безопасности высотных строений в рассматриваемом отношении требует особого внимания на всех этапах инженерных изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации.

 

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ, грант № 14-05-00776.


Список литературы

  1. Аэрофотосъемка центрального здания МГУ // Yablor. 25.07.2011. URL: https://yablor.ru/blogs/aerofotosemka-centralnogo-zdaniya-mgu/1842108/.
  2. Базаров А.Д., Черных Е.Н., Цыдыпова Л.Р. Вейвлет-анализ сейсмического воздействия на 9-этажное здание серии 135 // Материалы Международной конференции «Геолого-геофизическая среда и разнообразные проявления сейсмичности», 23–25 сентября 2015 г. Нерюнгри: Изд-во Технического института СВФУ, 2015. С. 143–148.
  3. Буров М.В. Проблема взаимодействия современных зданий с исторической застройкой центра г. Москвы // Материалы Молодежной конференции «2-е Яншинские чтения. Современные вопросы геологии». М.: Научный мир, 2002. С. 362–367.
  4. Геоэкологические проблемы Новой Москвы. М.: Медиа-Пресс, 2013. 119 с.
  5. Дорожко А.Л., Макеев В.М., Батрак Г.И., Позднякова И.А. Геодинамически активные зоны и линеаменты Москвы и их геоэкологическое значение // Геоэкология. 2015. № 2. С. 147–157.
  6. Егоров Ю.К., Кирин М.В. Современные проблемы изучения опасных геологических процессов при изысканиях на территории г. Москвы // Труды конференции «Современные проблемы инженерной геодинамики». М.: Изд-во МГУ, 2014. С. 48–52.
  7. Жигалин А.Д., Завьялов А.Д., Миндель И.Г., Никонов А.А., Попова О.Г., Рогожин Е.А., Рузайкин А.И., Севостьянов В.В. Феномен Охотскоморского землетрясения 24 мая 2013 г. в Москве // Вестник РАН. 2014. № 7. С. 601–609.
  8. Казакова И.Г., Слинко О.В. Опасность и характер негативных последствий при подтоплении городов // Геоэкология. 1997. № 5. С. 49–59.
  9. Калашников М.А., Потапов И.А., Потапов А.Д., Хоменко В.П. Современное состояние и направления актуализации действующих рекомендаций по оценке геологических рисков на территории г. Москвы // Геориск. 2011. № 3. С. 38–47.
  10. Конфектов М.Н. Методика картографирования плотности застройки пригородных районов по космическим снимкам высокого разрешения (на примере западного Подмосковья) // Геодезия и картография. 2014. № 10. С. 16–24.
  11. Маловичко А.А., Маловичко Е.А. Макросейсмические проявления в Москве от глубокофокусного землетрясения 24 мая 2013 г. в Охотском море // Материалы 8-й Международной сейсмологической школы «Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных». Обнинск: Изд-во ГС РАН, 2013. С. 3–9.
  12. Марченков А.Ю., Капустян Н.К., Смирнов Б.В. Опыт регистрации сейсмического воздействия на высотное здание МГУ // Геофизические исследования. 2015. Т. 16. № 3. С. 31–42.
  13. Медведев С.В. О последствиях карпатских землетрясений 1940 г. // Труды. Геофизического института АН СССР. 1948. № 1 (128). С. 74–79.
  14. Москва стабильная: справится ли столица с землетрясением // Москва 24. 07.08.2018. URL:https://www.m24.ru/articles/obshchestvo/07082018/153449?utm_source=CopyBuf.
  15. Москва. Геология и город / под ред. В.И. Осипова, О.П. Медведева. М.: Московские учебники и картолитография, 1997. 400 с.
  16. Никонов А.А. Землетрясения в столице // Природа. 1997. № 9. С. 76–84.
  17. Никонов А.А. Землетрясения: прошлое, настоящее, прогноз. М.: Знание, 1984. 192 с. 1
  18. Никонов А.А. К оценке сейсмических воздействий от удаленных глубокофокусных землетрясений на высоких этажах зданий Москвы // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2016. № 3. C. 195–213.
  19. Никонов А.А. К оценке сейсмических воздействий от удаленных глубокофокусных землетрясений на высоких этажах зданий Москвы // Сергеевские чтения. Вып. 17. Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы городских агломераций. М.: Изд-во РУДН, 2015. С. 282–287.
  20. Никонов А.А. Макросейсмические эффекты Карпатских глубокофокусных землетрясений в Москве – исторические уроки // Сейсмологические наблюдения на территории Москвы и Московской области. Обнинск: Изд-во ГС РАН, 2012. С. 70–77.
  21. Никонов А.А. Новый этап познания сейсмичности Восточно-Европейской платформы и ее обрамления // Доклады РАН. Сер. Геофизика. 2013. Т. 450. № 4. С. 465–469.
  22. Никонов А.А. Подземные опасности Москвы // Природа. 2003. № 6. С. 63–69.
  23. Никонов А.А. Сейсмические сотрясения на Русской равнине в XI–XVII вв. // Известия АН СССР. Сер. Физика Земли. 1990. № 11. С. 85–95.
  24. Никонов А.А. Сильнейшее в Восточной Европе Карпатское землетрясение 26 октября 1802 г.: новые материалы и оценки // Доклады РАН. 1996. Т. 347. № 1. С. 99–102.
  25. Никонов А.А. Сильные землетрясения в Москве: возможны ли они? // Наука в России. 1997. № 5. С. 30–31.
  26. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. М.: Наука, 1977. 536 с.
  27. Рекомендации по оценке геологического риска на территории г. Москвы. М.: Изд-во ГУП НИАЦ, 2002. 49 с.
  28. Севастьянов В.В., Миндель И.Г., Трифонов Б.А., Рагозин Н.А., Шпекторова О.А. Сейсмическое микрорайонирование территории г. Москвы для высотного строительства // Геоэкология. 2011. № 4. С. 319–327.
  29. Сейсмологические наблюдения на территории Москвы и Московской области // Материалы научной конференции (отв. ред. А.А. Маловичко). Обнинск: Изд-во ГС РАН, 2012. 176 с.
  30. Татевосян Р.Э. Проблема однородной магнитудной классификации сейсмических событий и оценка периодов повторяемости глубоких карпатских землетрясений // Вопросы инженерной сейсмологии. 2008. Т. 35. № 3. С. 5–13.
  31. Татевосян Р.Э., Косарев Г.Л., Быкова В.В., Мациевский С.А., Уломов В.И., Аптекман Ж.Я., Вакарчук Р.Н. Глубокофокусное землетрясение с Mw=8,3, ощущавшееся на расстоянии 6500 км // Физика Земли. 2014. № 3. С. 154–162.
  32. Татевосян Р.Э., Мокрушина Н.Г. Использование современного сейсмического события для оценки магнитуды исторического землетрясения: глубокофокусное Карпатское землетрясение 26 октября 1802 года // Физика Земли. 2004. № 6. С. 14–25.
  33. Уломов В.И. О сейсмических воздействиях на высотные здания и сооружения г. Москвы // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. № 2. С. 62–65. URL: http://seismos-u.ifz.ru/p/o_seismicheskikh_vozdeistv.pdf.
  34. Уломов В.И. Отзвуки дальних землетрясений в Москве // Земля и Вселенная. 2006. № 3. С. 102–106.
  35. Уломов В.И. Прогноз сейсмических проявлений в Москве при землетрясениях в зоне Вранча // Физика Земли. 2010. № 1. С. 3–20.
  36. https://ru.wikipedia.org/wiki/Москва-Сити#/media/File:Moscow_City2018.jpg.
  37. Shebalin N.V., Leydecker G. Earthquake catalogue of the former Soviet Union and borders up to 1988. Luxembourg, 1997. 134 p.

 

Заглавное фото: https://pixabay.com/ru/moscow-city-москва-город-3550477/

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению