CC BY
19Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Anti-seismic construction
УДК 699.841
А.В. МАСЛЯЕВ, канд. техн. наук ([email protected])
Волгоградский государственный технический университет (400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28)
Недолговечность жилых зданий в населенных пунктах России
Как правило, именно жилые здания образуют наибольшую часть капитальной застройки почти любого населенного пункта России. Поэтому прочностные характеристики жилых зданий со сроком эксплуатации 100 и более лет (больше человеческой жизни) должны быть положены в основу их возведения. Однако анализ федеральной парадигмы проектирования жилых зданий показал, что предусмотренная длительность жизненного цикла для большей части жилых зданий 50 лет. Убедительным доказательством этому служат решения исполнительной власти Москвы о сносе более 5 тыс. устаревших жилых зданий, построенных в 1950-1960-х гг. Тогда при длительности жизненных циклов населенных пунктов в тысячу и более лет предстоит примерно 200 раз сносить устаревшие и возводить такие новые жилые здания. Снос и возведение через каждые 50-60 лет на всей территории России нескольких сотен тысяч жилых зданий с экономической точки зрения является сверхзатратным решением. В статье обосновывается, что за счет увеличения длительности жизненных циклов у жилых зданий до 100 и более лет огромное количество сносов и возведения новых жилых зданий можно сократить как минимум в два раза.
Ключевые слова: недолговечность, снос жилых зданий, населенный пункт, жизненный цикл, опасные природные явления. Для цитирования: ФИО. Название // Жилищное строительство. 2017. № 8. С. 39-42.
A.V. MASLYAEV, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) Volgograd State Technical University (28, Lenina Avenue, 400005, Volgograd, Russian Federation)
Short Life of Residential Buildings in Settlements of Russia
As a rule, residential buildings form the largest part of the capital development of almost any Russian settlement. That's why, strength characteristics of residential buildings with operation time of 100 and over years (more than a human life) should be the base of their construction. But the analysis of the design paradigm of residential buildings shows that the scheduled duration of the life cycle for the most part of residential buildings is 50 years. Convincing proof of this is the decisions of the executive authorities of Moscow about demolition of over 5 thousands legacy residential buildings built in 1950-1960s. This means that when the duration of life cycles of settlements is a thousand and more years, it is necessary to demolish legacy residential buildings and construct new ones approximately 200 times. Demolition and construction of several hundred thousands of residential buildings after every 50-60 years on the whole territory of Russia is a wildly expensive solution from the economical point of view. The article substantiates that, due to increasing the duration of life cycles of residential buildings up to 100 and over years, a large amount of demolitions and constructions of new residential buildings can be reduced by two times at least.
Keywords: short life, demolition of residential buildings, settlement, life cycle, natural hazards.
For citation: Maslyaev A.V. Short life of residential buildings in settlements of Russia. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 8, pp. 39-42. (In Russian).
Федеральные законы и нормативные документы РФ строительного содержания, определяющие длительность их жизненных циклов жилых зданий в годах.
Примерная длительность жизненных циклов в годах для жилых зданий в зависимости от их этажности предложена в табл. 1 ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований»: для жилых зданий высотой 75 м и менее установлен срок их службы не менее 50 лет, а для жилых зданий высотой более 75 м, которые приравниваются к уникальным зданиям, 100 лет и более. Согласно п. 2 табл. 3 СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах» к повышенной ответственности относятся «...жилые, общественные и административные здания высотой более 75 м». В соответствии с п. 2 ст. 48.1 Федерального закона № 384-ФЗ «Градостроительный кодекс Российской Федерации» «к уникальным объектам относятся объекты капитального строительства. при их высоте. более 100 м». Согласно п. 8 ст. 4 Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» «К зданиям и сооружениям повышенного уровня от-
ветственности относятся здания и сооружения, отнесенные в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам». Итак, согласно вышеприведенным данным из федеральных законов и основных нормативных документов РФ строительного содержания только жилые здания высотой более 75 м относятся к объектам повышенного уровня ответственности, для которых установлена длительность жизненного цикла 100 и более лет, а для жилых зданий высотой 75 м и менее длительность их жизненных циклов установлена не менее 50 лет. В соответствии с п. 2.1.5. ГОСТ 27751-2014 здание только в течение расчетного срока эксплуатации обязано выполнять все свои проектные прочностные функции. По истечении же расчетного срока эксплуатации зданию требуется капитальный ремонт или его должны сносить по причине небезопасности эксплуатации.
На территории большей части населенных пунктов России (особенно на окраинных сейсмоопасных территориях) возведены жилые здания высотой не более девяти этажей.
Сейсмостойкое строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Следовательно, на сегодняшний день большая часть жилых зданий на территории России возведена со сроком эксплуатации 50 лет. Поэтому начавшаяся в Москве реновация жилых зданий со сроком эксплуатации 50-60 лет может распространиться по всей территории России.
Известно, что расчетная длительность жизненных циклов для жилых зданий в зависимости от уровня их ответственности проектировщиками решается на основании требований федеральных законов и нормативных документов РФ строительного содержания в основном двумя способами (влияние качества изделий и их возведения здесь не рассматривается): выбор для жилых зданий оптимальной строительной конструктивной системы; расчеты жилых зданий для защиты жизни и здоровья граждан при всех вероятных нормативных воздействиях.
К первому способу (основному) повышения длительности эксплуатации жилых зданий следует отнести выбор для них оптимальной строительной конструктивной системы в зависимости от особенностей грунтовых, гидрогеологических, тектонических, сейсмологических условий территории. Например, в сейсмоопасных районах специалисты знают, что все особенности грунтовых, гидрогеологических и тектонических условий территории региона обязательно проявляются в параметрах сейсмического воздействия при землетрясении. Поэтому в п. 4.4 документа СП 14.13330.2014 специалисты были вынуждены записать, что «расчетную сейсмичность площадки строительства следует устанавливать по результатам сейсмического микрорайонирования... с учетом сейсмотектонических, грунтовых и гидрогеологических условий». Но к сожалению, в России имеется еще немало регионов, в которых проектировщики жилых зданий не учитывают даже сразу несколько природно-климатических особенностей территорий. Так, например, территория г. Волгограда изрезана густой сетью тектонических разломов, которые, как известно, значительно могут ослаблять грунтовые условия строительной застройки и тем самым перегружать конструкции жилых зданий сверхпроектными силовыми воздействиями. Более того, с 1 января 2000 г. документом СП 14.13330.2014 территория Волгоградской области для зданий и сооружений с повышенной ответственностью определена сейсмоопасной. Однако на сегодняшний день почти все жилые здания на территории Волгоградской области возведены без учета: сейсмической опасности; местоположения тектонических разломов.
Так, например, возведенный на территории Волгограда областной перинатальный медицинский центр не является сейсмостойким объектом. О нарушениях норм сейсмостойкого строительства зданий и соружений на территории Волгоградской области губернатору области писали директор ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (письмо № 2х383 от 28.04.2010 г.); заместитель директора Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта (письмо № 13106112115/263 от 14.11.2013 г.). Но даже после этих писем от ведущих научных организаций России в области сейсмической опасности и сейсмостойкого строительства никаких изменений в сторону сейсмостойкого строительства на территории Волгоградской области так и не произошло [1].
К очень серьезному недостатку возведения жилых зданий на территории Волгоградской области следует отнести и тот факт, что разработчики комплекта сейсмических карт 0СР2015 в основу определения сейсмической опасности на территории Волгоградской области положили доменную структуру зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ), которая исключает наличие в геологической среде области тектонических разломов. Поэтому в сейсмической карте А
4о| -
для территории Волгоградской области сейсмическая опасность отсутствует, что позволяет строителям жилых зданий высотой до 75 м возводить их несейсмостойкими.
Однако в [2] перечисляются исследования ряда известных ученых Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта, которые обосновывают наличие на территории Волгоградской области густой сети тектонических разломов, что требует немедленного перерасчета нормативной сейсмической опасности по картам А, В, С на территории области в сторону ее увеличения. Подтверждением наличия тектонических разломов на территории Волгоградской области служит письмо заместителя директора Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта за № 13106112115/263 от 14.11.2013 г. на имя губернатора Волгоградской области: «По исследованиям ученых России, основными источниками тектонических подвижек на территории Волгоградской области являются геодинамические процессы в фундаменте земной коры Прикаспийской впадины, что предопределяет наличие здесь сети тектонических разломов. На сегодняшний день имеется немало примеров разрушения зданий и гибели людей по причине усиления сейсмических воздействий от землетрясений тектоническими разломами».
Согласно положениям [3] при наличии на территории области тектонических разломов при расчетах сейсмической опасности следует использовать более сложную линеамент-ную структуру зоны ВОЗ. Для перерасчета сейсмической опасности на территории Волгоградской области администрация должна заказать научную работу по выявлению характеристик сети тектонических разломов, которая до настоящего времени еще не начата. Поэтому все жилые здания на территории Волгоградской области продолжают возводить без учета сейсмической опасности и местоположения тектонических разломов. Немалая часть жилых зданий располагается на самих тектонических разломах (или вблизи разломов), что может послужить значительным усилением сейсмических воздействий на их конструкции при землетрясении.
Специалистам хорошо известно, что «включенные» природой тектонические процессы на региональной территории могут действовать в течение нескольких сотен миллионов лет. Поэтому надеяться на то, что на территории Волгоградской области сильного землетрясения не будет, может только большой государственный чиновник, который в России зачастую за катастрофические последствия на территориях населенных пунктов ответственности, как правило, не несет. Следующей грунтовой особенностью на территории Волгоградской области являяется наличие осадочного слоя мощностью от 3,5 км и более, которая объясняется тем, что немалая часть Прикаспийской впадины располагается на ее территории.
Уроки прошедших землетрясений показывают, что сейсмические воздействия на грунтах с мощным осадочным слоем на поверхности Земли проявляются в основном с большими амплитудами и на больших периодах (до 2 с) с большой длительностью (до 90 с). Такие сейсмические воздействия особенно опасны для каркасных высоких и высотных жилых зданий, так как у них периоды колебаний по своим значениям примерно могут совпадать с периодами сейсмических воздействий при землетрясении, что послужит условием для образования резонансных явлений в конструкциях этих зданий, которые могут привести к их повреждениям или разрушениям. Примерно с такими параметрами были сейсмические воздействия на территории г. Ленинакана при Спитакском землетрясении 1988 г.
Так, согласно исследованиям [4] при Спитакском землетрясении 1988 г. на территории Ленинакана разрушились каркасные жилые здания по причине большой мощности
^^^^^^^^^^^^^ №'2017
Научно-технический и производственный журнал
Anti-seismic construction
осадочного слоя грунта: «Приведенные данные показывают, что усиление сейсмических колебаний в Ленинакане, увеличение их длительности обусловлены в первую очередь геологическим строением мощной полукилометровой сильно расчлененной осадочной толщи. Здания при этом постепенно теряли несущую способность, т. е. прочность их падала. Резонансные колебания сыграли значительную роль в повреждении и разрушении многоэтажных зданий Ленинакана». Также в [5] показано, что в диапазоне низких частот f < 2 Гц имеет место заметное резонансное увеличение амплитуды колебаний, приведшее к разрушениям высоких каркасно-панельных зданий в Ленинакане. В [6] отмечено, что особенно эта разница ощущалась в поведении каркасно-панельных зданий серии 111. В Ленинакане из 65 таких 5-9-этажных зданий 58 обрушились. Разные ученые мощный осадочный слой грунта на территории Ле-нинакана назвали одной из причин разрушения каркасных жилых зданий при Спитакском землетрясении 1988 г.
Однако на территории Волгоградской обл. большая часть высоких жилых зданий возводится в «опасной» для этих грунтовых условий каркасной конструктивной системе и без учета воздействия землетрясения. Учитывать особенности грунтовых условий на глубине даже 100 м проектировщикам «мешают» отдельные положения документа СП 14.13330.2014. Так как в населенных пунктах России основная часть жилых зданий (высотой до 75 м) рассчитывается на минимальную сейсмическую опасность по карте А [1], именно для этих типов жилых зданий в п. 4.4 СП 14.13330.2014 дается разрешение расчетную сейсмичность площадок строительства определять по значительно упрощенным данным табл. 1 СП 14.13330.2014, которые просто не могут определить самые необходимые для расчета жилых зданий параметры сейсмического воздействия (амплитудный уровень, доминантную частоту, длительность). Но отсутствие у специалистов региона расчетных данных по вероятным параметрам ожидаемого сейсмического воздействия не дает им возможность определить для жилых зданий оптимальную конструктивную систему.
Такие явные нарушения в сейсмостойком строительстве жилых зданий происходят и в других регионах России. Это в совокупности занижает их прочностные характеристики и соответственно определяет им короткую расчетную длительность жизненных циклов 50 лет. Предположение о недостаточной на сегодняшний день подготовке большей части жилых сейсмостойких зданий к воздействиям землетрясений подтверждается в выступлении губернатора Камчатского края В.И. Илюхина на совещании «О повышении устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения в сейсмических районах Российской Федерации», которую в г. Петропавловск-Камчатский 4.07.2012 г. проводил председатель Правительства РФ Д.А. Медведев: «По оценкам МЧС, повреждения может получить до 70% зданий, половина из которых может не выстоять, под завалами могут оказаться около 40 тыс. человек и 110 тыс. остаться вообще без крова».
Второй способ увеличения длительности жизненных циклов жилых зданий основан на учете в расчетах их конструкций всех вероятных силовых воздействий с нормативными значениями. По понятным причинам второй способ увеличения длительности жизненных циклов жилых зданий полностью зависит от качества выполненного специалистами вышеуказанного первого способа, но которому в федеральных законах и нормативных документах РФ строительного содержания не уделяется должного внимания [1]. Наглядным примером этому служит отсутствие расчета жилых зданий высотой до 75 м на территории Волго-
градской области на сейсмическую опасность при наличии здесь густой сети тектонических разломов и по причине ошибочного ее отсутствия в нормативной сейсмической карте А. Несмотря на то что статистика землетрясений на земном шаре за последние примерно 30 лет свидетельствует, что они могут происходить в виде повторных сильных толчков, которые станут причиной разрушения и гибели людей, в документе СП 14.13330.2014 отсутствует указание о расчете сейсмостойких зданий на воздействия повторных толчков. Все это в совокупности сказывается и на уменьшении длительности жизненных циклов жилых зданий. Но все же основной недостаток рассматриваемой федеральной парадигмы при определении длительности жизненных циклов жилых зданий заключается в том, что в федеральных законах № 190ФЗ, № 384-ФЗ и основных нормативных документах РФ СП 42.13330.2011 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений», СП 14.13330.2014 населенные пункты не признаны объектами капитального строительства [7].
Так как длительность жизненных циклов населенных пунктов исчисляется в тысячу и более лет, в расчетах по защите от воздействий опасных природных явлений следует использовать максимальный уровень их интенсивности. А так как защита населенных пунктов зависит в основном от защиты жилых зданий, жилые здания должны рассчитываться на максимальный уровень опасных природных явлений. Чтобы рассчитываться на максимальный уровень опасных природных явлений согласно вышеприведенным федеральным законам РФ, почти все жилые здания должны быть с повышенной ответственностью, у которых расчетная длительность жизненных циклов должна быть в 100 и более лет.
Расчеты жилых зданий на максимальные сейсмические воздействия повышают их прочностные характеристики, что автоматически увеличивает их жизненный цикл до 100 и более лет. Конечно, всех интересует разница в сметной стоимости жилых зданий с нормальным уровнем ответственности со сроком эксплуатации 50 и более лет и с повышенным уровнем ответственности 100 и более лет. Для сейсмостойких зданий ответ можно найти из распространенной еще среди специалистов СССР информации о том, что антисейсмические инженерные усиления конструкций несейсмостойкого здания с учетом 7-балльного сейсмического воздействия при землетрясении потребуют увеличения его сметной стоимости примерно на 4%, 8-балльного сейсмического воздействия - на 8% сметной стоимости, 9-балльного сейсмического воздействия - на 16% сметной стоимости.
В настоящее время большая часть возведенных жилых зданий высотой до 75 м на территории России нормальной ответственности, согласно СП 14.13330.2014 рассчитывались на минимальные сейсмические воздействия по карте А. У них длительность жизненных циклов рассчитана на 50 лет. Поэтому в [7] было обосновано, что жилые здания с нормальной ответственностью, которые были рассчитаны на 7-балльные сейсмические воздействия, при воздействии максимального землетрясения по карте С могут быть разрушены с гибелью людей. Поэтому у сейсмостойких жилых зданий с расчетной сейсмичностью 7 баллов следует выделить два основных недостатка: при вероятных землетрясениях с максимальной интенсивностью они могут разрушиться с гибелью людей; через 50 лет эксплуатации из-за потери значительных своих расчетных прочностных характеристик они автоматически превращаются в несейсмостойкие (уязвимые) объекты с большим числом людей. В расчетах жилых зданий с повышенным уровнем
Сейсмостойкое строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
ответственности для обычных условий строительства согласно табл. 2 ГОСТ 277512014 в виде множителя для всех расчетных нагрузок дополнительно используется коэффициент надежности по ответственности, равный Yn =1,1, что способствует повышению и длительности их жизненных циклов до 100 и более лет за счет увеличения прочностных характеристик конструкций. Это незначительное увеличение расчетной нагрузки для зданий с повышенной ответственностью предполагает и незначительное увеличение их сметной стоимости (примерно до 3%) по сравнению со зданиями с нормальной ответственностью.
Как известно, в строительной области есть своя азбука, к которой в первую очередь относится зависимость длительности жизненного цикла любого здания от величины его расчетной нагрузки. Так как длительность жизненных циклов населенных пунктов тысяча и более лет требуется возводить на их территориях жилые здания с максимально возможной длительностью жизненных циклов.
Выводы.
Федеральная строительная парадигма предусматривает возведение на территориях населенных пунктов России в основном только жилых зданий с длительностью жизненных циклов примерно в 50 лет, что не обеспечивает их сохранность, жизнь и здоровье людей, например при землетрясениях с максимальной интенсивностью, и создала затратные экономические условия в виде огромного количества предстоящих сносов устаревших и возведения новых жилых зданий за время в тысячу и более лет.
Длительность жизненных циклов населенных пунктов в тысячу и более лет требует возведения на их территориях жилых зданий только с максимальным сроком эксплуатации (в настоящее время 100 и более лет). При этом увеличение длительности жизненных циклов жилых зданий до 200 и более лет следует считать ближайшей задачей ученых строителей всех стран.
Возведение на сейсмоопасных территориях населенных пунктов только жилых зданий с повышенной ответственностью с увеличенной сметной стоимостью примерно до 12% при их расчете на 9-балльное землетрясение по сравнению со зданиями с нормальной ответственностью при их расчете на 7-балльное землетрясение следует считать экономически выгодным инженерным решением для государства и его граждан по двум критериям: первое гарантирует защиту жизни и здоровья людей при максимальной интенсивности землетрясения; второе обеспечивает их надежную эксплуатацию в течение 100 и более лет, что уменьшает количество предстоящих сносов устаревших и возведение новых жилых зданий примерно в два раза.
На территориях населенных пунктов с обычными природно-климатическими условиями по причине незначительной разницы (примерно 2-3%) в сметной стоимости между жилым зданием с повышенной ответственностью и жилым зданием с нормальной ответственностью следует экономически выгодным инженерным решением считать возведение жилых зданий с длительностью жизненного цикла 100 и более лет. В России даже в строительных университетах отсутствуют кафедры по обучению студентов первому основному способу определения оптимальных строительных конструктивных систем для жилых зданий в зависимости от природно-климатических условий строительства.
Из-за отсутствия соответствующих нормативных документов РФ для определения оптимальных конструктивных систем для жилых зданий в зависимости от природно-климатических условий строительства Минстрою РФ своим приказом следует за каждым регионом России закрепить ответственную научно-исследовательскую организацию.
42| -
Список литературы
1. Масляев А.В. Анализ положений федеральных законов и нормативных документов РФ по применению карт сейсмической опасности (ОСР2015) РФ в строительстве // Жилищное строительство. 2016. № 8. C. 3-8.
2. Масляев А.В. Сейсмическая опасность на территории Волгоградской области занижена нормативными картами ОРС97 РФ за счет упрощения тектонических условий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2011. № 6. C. 46-49.
3. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР7. Масштаб 1: 8000000. Объяснительная записка и список городов и населенных пунктов, расположенных в сейсмоопасных районах. М.: Мво науки и технологий РФ, РАН, Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта. 1999.
4 Халтурин В.И., Шомахмадов А.М., Гедакян Э.Г., Сарг-сян И.М., Мхитарян Л.А. Усиление интенсивности колебаний в Ленинакане // Сборник научных трудов АН СССР «Комплексная оценка сейсмической опасности. Вопросы инженерной сейсмологии». М.: Наука, 1991. Вып. 32. С. 5-14.
5. Алешин А.С. Сейсмическое микрорайонирование особо ответственных объектов. М.: Светоч Плюс, 2010. 299 с.
6. Поляков С.В. Особенности и уроки Спитакского 1988 г. землетрясения // Жилищное строительство. 1990. № 1. С. 14-17.
7. Масляев А.В. Защита населенных пунктов России от воздействия опасных природных явлений // Жилищное строительство. 2014. № 4. C. 40-43.
References
1. Maslyaev A.V. Analys of positions of federal laws and standard documents of the Russian Federation on application of cards of seismic danger (0SR2015) the Russian Federation in building. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing construction], 2016. No. 8, pp. 3-8. (In Russian).
2. Maslyaev A.V. Seismic danger in territory of the Volgograd region is underestimated by standard cards ОРС97 the Russian Federation at the expense of simplification of tectonic conditions. Seismostoikoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenii. 2011. № 6. C. 46-49.
3. Ulomov V. I, Shumilina l.S. Of h.p. the Complete set of cards of the general seismic division into districts of territory of Russian Federation ОСР7. Scale 1: 8000000. An explanatory note and the list of cities and the settlements located in seismodange-rous areas. M.: Ministerstvo nauki i tekhnologii RF, RAN, Ob»edinennyi institut fiziki Zemli im. O.Yu. Shmidta, 1999.
4 . Halturin V.I, Shomahmadov A.M., Gedakjan E.G., Sargsjan I.M., Mhitarjan L.A. Strengthening of intensity of fluctuations in Leninakan. Collection of scientific works of Academy of Sciences of the USSR «Complex assessment of seismic danger. Questions of engineering seismology». Moscow: Nauka. 1991. V. 32, pp. 5-14.
5. Alyoshin A.S. Seismicheskoe mikroraionirovanie osobo otvetstvennykh ob»ektov [Seismic microdivision into districts especially otvetstven the objects]. Moscow: Svetoch Plyus, 2010. 299 p.
6. Polyakov S.V. Feature's Poles and lessons of Spitaksky 1988 of earthquake. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing construction], 1990. No. 1, pp. 14-17. (In Russian).
7. Maslyaev A.V. Protection of settlements of Russia from influence of the dangerous natural phenomena. [Housing construction], 2014. No. 4, pp. 40-43. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^^ №2017
