Кратко — цель сейсмостойкого проектирования: снизить инерционные силы и управить деформациями так, чтобы здание выдержало циклические нагрузки без катастрофического разрушения. Основные принципы и практические решения:
1. Основные физические соотношения (чтобы понимать, что уменьшают):
- инерционная сила: $F=ma$ (где $m$ — масса, $a$ — ускорение);
- суммарная базовая сила (приближённо): $V=\sum m_i{a}_s(T_i)$ или упрощённо $V=C_{s}W$ (где $C_s$ — сейсмический коэффициент, $W$ — вес);
- собственный период колебаний: $T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$ (где $k$ — жёсткость). Удлинение периода обычно снижает ускорение, действующее на конструкцию.
2. Снижение генерируемых сил:
- уменьшение массы (лёгкие ограждения, облегчённые перекрытия) — прямо снижает $F=ma$;
- удлинение периода (уменьшает спектральное ускорение для короткопериодных региментов) — достигается снижением жёсткости или применением опор с амортизацией/изоляцией.
3. Управление жёсткостью и массой:
- равномерное распределение массы и жесткости вдоль высоты; избегать "мягких этажей" (soft‑story);
- симметрия в плане/высоте — уменьшает кручение и локализованные перегрузки;
- избегать резких перепадов жесткости или толщины колонн/стен.
4. Силовые (силовые) системы и форма:
- системы, принимающие боковые силы: несущие стены (shear walls), ригидные каркасы (moment‑resisting frames), раскосные фермы (braced frames), двойные системы;
- компактная, регулярная в плане форма и небольшие выступы/врезы снижают концентрацию напряжений и крутящий момент;
- цельная диафрагма перекрытий (жёсткая плита) распределяет силы равномерно.
5. Конструктивный подход: прочность + пластичность
- принцип "strong column — weak beam": пластические шарниры формируются в балках, а не в колоннах;
- расчёт по принципу capacity design: преднамеренное место образования гибких элементов и учёт их энергоёмкости;
- обеспечение связности и непрерывности захватов/армирования для передачи усилий.
6. Материалы и деталировка:
- сталь: высокая пластичность и деформативность; хорошие сварные/болтовые узлы с учётом пластики;
- железобетон: требует сейсмической деталировки — спиральное или поперечное армирование в колоннах, достаточные крючки/нахлёсты, контроль продольного армирования;
- композиты (FRP) и гнучкие укрепления для усиления элементов;
- клеёная/инженерная древесина при адекватных соединениях может быть сейсмостойкой;
- лёгкие облицовки и фасады уменьшают неструктурные риски.
7. Снижение воздействия через устройства:
- базовая изоляция (base isolation) — увеличивает период и разрывает путь передачи ускорений на конструкцию;
- демпферы/поглотители энергии (viscous, hysteretic dampers) — увеличивают эквивалентное демпирование и снижают амплитуды;
- tuned mass damper — снижает резонансные отклики.
8. Геотехнические меры:
- учитывать взаимодействие грунт‑конструкция (SSI), корректировать фундамент и период;
- предотвращение ликвефакции: уплотнение грунта, глубокие фундаменты, забивные/буровые сваи;
- устойчивые опоры, горизонтальные связи между быстровозводимыми секциями.
9. Надёжность, избыточность и разрезы:
- избыточность конструкций (альтернативные пути передачи усилий) повышает шанс локализации и предотвращения прогрессирующего обрушения;
- деформационные швы между блоками, чтобы избежать столкновения (pounding).
10. Кодовые и проектные принципы:
- уровни выполнения по производительности: Immediate Occupancy, Life Safety, Collapse Prevention;
- проверка по модал‑спектральному анализу, нелинейным анализам по потребности;
- проверка местных узлов и немонолитных соединений на циклические нагрузки.
Практические рекомендации на уровне формы и материалов:
- делайте план и высоту регулярными и симметричными; избегайте больших консольных выступов и резких перепадов жёсткости;
- уменьшайте массу ненесущих элементов и надёжно их крепите;
- использовать базовую изоляцию или демпферы для важных зданий — сильное сокращение передаваемых сил;
- применять материалы и узлы, способные работать пластически (сталь, правильно детализированный ЖБ) и проектировать местные пластические шарниры в контролируемых местах;
- усиление существующих зданий: добавление поперечных стен, каркаса, внешнего армирования FRP, улучшение фундаментов и грунта.
Вывод: сочетание снижения массы, управления периода и демпфирования, регулярной формы, надёжной силовой схемы и сейсмически корректной деталировки материалов даёт наибольшую защиту от разрушений в землетрясении.