По мере того, как большая часть Соединенных Штатов восстанавливается после стихийного бедствия - землетрясения, за которым последовал ураган Айрин, - исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) предупреждают, что двойной удар сейсмических и ветровых опасностей может увеличить риск повреждения конструкции в два раза по сравнению с уровнем, предусмотренным строительными нормами.
Это связано с тем, что действующие нормы и правила рассматривают стихийные бедствия индивидуально, объясняет Дэт Датин из NIST, инженер-исследователь-строитель. Таким образом, если землетрясения считаются главной угрозой в определенной области, местные нормы требуют, чтобы здания выдерживали определенную сейсмическую нагрузку. Напротив, если ураганы или торнадо являются главной опасностью, дома и здания должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать нагрузки вплоть до установленной максимальной скорости ветра.
В своевременной статье, опубликованной в Journal of Structural Engineering, Duthinh, научный сотрудник NIST Эмиль Симиу и Кьяра Крости (в настоящее время в Римском университете) оспаривают этот разделенный подход. Они показывают, что в районах, подверженных как сейсмическим, так и ветровым опасностям, таких как Южная Каролина, риск превышения расчетных пределов может в два раза превышать риск в регионах, где возникает только одна опасность, даже с учетом того факта, что эти множественные опасности почти никогда не возникают одновременно. Как следствие, здания, спроектированные в соответствии с требованиями кодекса в этих местах с двойной опасностью, «не обязательно достигают предполагаемого уровня безопасности», пишут исследователи.
Симиу объясняет по аналогии: мотогонщик, который устраивается на вторую работу в качестве исполнителя на канате. «Добавляя эту новую профессию, гонщик увеличивает риск получения травмы, даже если время и характер травм, полученных в результате аварии на мотоцикле или в результате аварии на тросе, могут различаться», - говорит он.«Понятно, что страховщик поднимет премию по страховому полису, чтобы учесть более высокий уровень риска».
Исследователи разработали метод оценки рисков, связанных с ветром и землетрясениями, с использованием общей метрики сопротивления конструкции. С последовательной мерой (максимальное боковое отклонение) комбинированный риск отказа можно сравнить с риском превышения проектных ограничений в регионах, подверженных только одной из опасностей, что является основой для требований безопасности, указанных в действующих строительных нормах и правилах.
Они демонстрируют свой подход на примере трех различных конфигураций 10-этажного здания со стальным каркасом. В одной из конфигураций использовались так называемые уменьшенные сечения балок (RBS) для соединения балок с колоннами. Технология RBS была разработана после землетрясения в Нортридже в Калифорнии в 1994 году, которое привело к значительным структурным повреждениям в новых и старых зданиях из-за непредвиденных хрупких трещин в соединениях каркаса. Конические соединения RBS, имеющие форму собачьей кости, сделали рамы более пластичными, что позволило лучше прогибаться, не ломаясь.
В этом тематическом исследовании исследователи обнаружили, что соединения RBS не снижают риск того, что здание со стальным каркасом превысит проектный предел при использовании в регионе, подверженном сильному ветру, или в регионе, подверженном сильному ветру и землетрясениям.. Следовательно, риск отказа удваивается в условиях двойной опасности, когда эти условия имеют одинаковую серьезность. Тем не менее, они отмечают, что соединения RBS могут снизить риск превышения ограничений, связанных с расчетом сейсмостойкости, в течение срока службы конструкции.
Исследователи продолжают расширять свою методологию и предлагают модификации строительных норм и правил.