Сравнительный анализ строительных сейсмических норм России и США

Проведя несложный анализ содержания строительных норм США, и сравнив их со строительными сейсмическими нормами России, можно обнаружить как черты сходства, так и явные различия, причем не в пользу американских строительных сейсмических норм.

Сейсмические нормы США содержатся в документе (NEHRP, 2003), разработанного в рамках Национальной Программы уменьшения ущерба от землетрясений и который определяет мероприятия по сейсмической разведке для строящихся зданий и сооружений.

Сейсмическая опасность территории США определяется тремя параметрами: Ss, Sl и Tl . Первые два параметра характеризуют соответственно значения короткопериодной (T=0,2 с) и длиннопериодной (T = 1 c) плотности спектра реакций. Tl – величина сверхдлинного периода. На основе этих трех параметров может быть построен спектр реакции исходного сейсмического воздействия (фото 1).

Грунтовые условия учитываются парой поправок Fa, Fv – соответственно для короткопериодной и длиннопериодной части спектра реакции. По ним может быть рассчитано сейсмическое воздействие, учитывающее грунтовые условия. Значения поправок Fa и Fv приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Коэффициенты грунтовых условий для короткопериодной части спектра.

Таблица 2. Коэффициенты грунтовых условий для длиннопериодной части спектра.

Сравнение сейсмических норм России (СНиП II-7-81, 1982 г.) и США обнаруживает как черты сходства, так и различий. Начнем с черт сходства:
 

1. Сохранен корреляционный принцип сопоставления инженерно-геологических и сейсмологических данных.
2. Сохранена принципиальная схема уточнения интенсивности за счет грунтовых условий путем прибавки за грунты к исходной интенсивности.
3. Сохранено понятие «средний грунт», хотя это уже не «средняя» категория. В нормах США средний грунт определяется свойствами скального грунта (категории В). Это позволяет минимизировать влияние нелинейности реакции грунтов при сильных сейсмических воздействиях.
4. Сохранен способ усреднения свойств грунтовой толщи. Грунтовые условия определяются средними параметрами грунтовой толщи.

Теперь отметим отличия. Их значительно больше и они более значимые:
 

1. Не используется понятие «балл».
2. Интенсивность учитывается с использованием спектров реакции.
3. Разделены функции определения категории грунта и поправки в значения интенсивности за счет грунтовых условий. Одна таблица определяет категории грунта, а две другие – поправки за счет грунтовых условий.
4. Описательная часть таблицы категорий сокращена, зато введены числовые характеристики свойств грунта. Это позволяет устранить возможные ошибки в определении категорий грунта и делает эти определения более объективными.
5. Подчеркнута роль поперечных волн, как основной характеристики свойств грунтовой толщи в отношении сейсмических воздействий.
6. Увеличена мощность активной зоны с 10 до 30 метров.
7. Нет прямых указаний на роль воды. Этот пункт в течение многих лет ошибочно присутствует в российских нормах.
8. В какой-то мере учитываются частотные особенности воздействий.
9. Учитывается нелинейность воздействий и реакции грунтов на них. Это очень важно по отношению к свойствам рыхлых грунтов.

После всего сказанного возникает резонный вопрос: если нормы США так хороши, может быть следует их принять за образец и работать по ним? Следующий пример поясняет органический недостаток, присущий нормам США. Пусть имеются два типа грунтового массива, сейсмические характеристики которых приведены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры моделей 1 и 2.

В точки зрения американских сейсмических норм оба типа относятся к одной и той же категории С и следовательно грунтовые поправки, а следом за ними сейсмические нагрузки, рассчитываемые с их помощью, для них будут одни и те же. Между тем частотные характеристики обоих моделей, представленные на фото 2 и 3 заметно отличаются.

Спектр Фурье, модель 1.

Спектр Фурье, модель 2.

Вообще понятие категория по отношению к грунтовой толще применимо плохо. Гораздо лучше оперировать с понятием «модель». Таким образом, ответ на вопрос, следует ли копировать американские нормы должен на наш взгляд быть таким. Нужно взять все хорошее у них, но создать нормы с учетом специфики Российских изысканий и без замеченных недостатков.