Среди обломков разбитых дверных рам, осколков окон и бетонных колонн в Газиантепе, турецком городе, известном своими византийскими цитаделями и замками, пользователи социальных сетей поделились фотографиями одного здания, которое устояло в прошлом месяце. Уцелевшее строение, ставшее достоянием социальных сетей, - это крепкий офис, в котором, несмотря на два последовательных землетрясения силой 7,8 и 7,7 баллов по шкале Рихтера, не разбилось даже стекло.
Здание было спроектировано Союзом палат турецких инженеров и архитекторов, которые в течение многих лет предупреждали правительство страны и местных чиновников о том, что землетрясения не убивают людей, но убивают плохо построенные здания. Их предупреждения оказались прозорливыми. Землетрясение 6 февраля и его афтершоки вызвали разрушение или серьезные повреждения более 160 000 зданий в Турции и Сирии. Многие из этих зданий были многоквартирными, в которых проживает большая часть населения, что привело к гибели более 40 000 человек.
Разрушение одних зданий, но не других привлекло внимание к важности сейсмобезопасной архитектуры и строительных норм в этих двух странах. Popular Science поговорил с инженерами-строителями, которые изучают, как здания могут противостоять землетрясениям, чтобы понять, что делает определенные конструкции более безопасными для жизни.
Как проектировать здания для защиты от землетрясений
Самый важный фактор при строительстве здания, способного выдержать землетрясение, - это сделать его прочным и деформируемым, то есть, чтобы оно было прочным, но при этом могло изгибаться и раскачиваться вместе с землей, не разрушаясь, говорит Мехрдад Сасани, профессор инженерии Северо-Восточного университета в Массачусетсе, который занимается исследованием моделирования сейсмостойкости зданий.
На гранулированном уровне это означает, что здания, построенные из бетона, камня, кирпича и подобных материалов, нуждаются в арматурных стальных стержнях для придания им прочности. А чтобы сделать здания деформируемыми, инженеры должны тщательно спроектировать и построить балки и колонны здания, а также разместить стальные стержни определенным образом. Эта стратегия называется сейсмической детализацией, и она направлена на те области, где здание будет испытывать большее воздействие сильных толчков. Металлические стержни имеют множество соединений, что помогает стабилизировать колонны, но также позволяет им раскачиваться и воспринимать давление. В готовом здании металлические стержни скрываются внутри колонн и балок, обычно за стенами квартиры.
Однако прежде чем инженеры построят колонны и добавят стабилизаторы, они должны учесть ряд факторов, включая грунт под самим зданием. Они проектируют здания, исходя из того, насколько сильно может трястись земля, а не из определенной магнитуды или номера землетрясения по шкале Рихтера. "Чем сильнее сотрясается земля, тем больший ущерб будет нанесен. Это не связано напрямую с магнитудой, но магнитуда, безусловно, влияет на это", - говорит Сасани.
"Дело в том, что когда земля начинает трястись, здания начинают двигаться. И если это движение больше, чем здания могут выдержать, они могут разрушиться. И именно для такой тряски мы и проектируем".
Когда строительные нормы и правила спасают жизни
Инженерные работы - это только половина проблемы, связанной с повышением безопасности жилья во время землетрясений. Одна из основных причин, почему землетрясение в Газиантепе было таким смертоносным, вероятно, заключается в том, что некоторые застройщики не соблюдали строительные нормы и правила Турции, которые, по словам Сасани, являются адекватными. Три многоквартирных дома, строительство которых было завершено в 2019 году и которые, по мнению Би-би-си, соответствовали турецким нормам, все же обрушились во время стихийного бедствия. По словам Пелина Пынара Гиритлиоглу, главы Союза палат турецких инженеров в Стамбуле, до 75 000 зданий на юге Турции получили строительную амнистию, когда владельцы недвижимости могли заплатить взнос и получить прощение за нарушения при строительстве.
"Мы не можем проектировать здания так, чтобы они были сейсмостойкими. Мы делаем их сейсмостойкими. Даже если вы следуете стандартам и нормам, всегда существует вероятность разрушения и обвала, но эта вероятность очень мала", - говорит Сасани. "Если бы здания проектировались в соответствии с нормами, некоторые из них обрушились бы? Да. Обрушилось бы такое количество [зданий] в Турции и Сирии? Ответ - нет".
Инженер Стамбульского столичного муниципалитета проверяет опору квартиры 10 марта 2023 года в Стамбуле, Турция. После землетрясения магнитудой 7,8, произошедшего 6 февраля, муниципалитет получил более 140 000 запросов от жителей, желающих проверить безопасность конструкции своего здания. Сирия впервые включила меры по обеспечению безопасности при землетрясениях в свои строительные нормы и правила в 1995 году, а в 2013 году обновила их еще раз. Но в стране идет 12-летняя гражданская война, и бомбардировки режима Асада, вероятно, сделали строения более уязвимыми к разрушению во время землетрясения, говорит Билал Хамад, профессор инженерного дела в Американском университете Бейрута и бывший мэр Бейрута. Для сравнения, некоторые из его студентов изучали, как взрыв в Бейрутском порту в 2020 году, когда внезапно сгорело большое количество аммиачной селитры, простоявшей в порту несколько лет, сравнивается с силой землетрясения.
"Обстрел - это взрывное воздействие на здание. Это энергия", - говорит Хамад. "Они нашли сходство, потому что [химический] взрыв почти как землетрясение. Даже хуже, потому что энергия взрыва при землетрясении находится под землей. Она гасится почвой. Но [химический] взрыв находится над уровнем земли, и его ничто не гасит".
Путь вперед для стран с ограниченными ресурсами
При планировании действий на случай землетрясений инженеры рассматривают два типа зданий: старые и новые. "Старое" здание определяется, если оно было построено до того, как инженеры применили науку о землетрясениях к наиболее часто используемым правилам строительства. По словам Сасани, в США большинство норм, которые определяются на местном уровне, были обновлены с учетом современных исследований сейсмических сил и методов строительства в 1970-х годах. Все, что было построено до этого времени, считается старым зданием.
Сасани говорит, что большинство стран используют строительные нормы и правила США, но для того, чтобы правила распространились по суше и морю, требуется определенное время, поэтому дата принятия норм может быть намного позже 1970-х годов. Например, Хамад говорит, что Ливан не требовал обеспечения сейсмостойкости зданий до 2005 года. И прошло еще семь лет, до 2012 года, прежде чем правительство обязало строителей нанимать технические бюро для обеспечения соответствия зданий нормам. После землетрясения президент Турции заявил, что 98 процентов обрушившихся зданий были построены до 1999 года, хотя эксперты ставят под сомнение эту статистику, говоря, что она была использована для отвода глаз от его политики строительной амнистии.
По словам Сасани, старые строения, вероятно, нуждаются в восстановлении, особенно если они связаны с каменной кладкой и построены из кирпича, камня или другого подобного материала. По его словам, кирпич и подобные материалы соединены раствором, что делает их более восприимчивыми к землетрясениям. Каменные конструкции более распространены на глобальном юге, где здания более старые, в то время как в США больше строений, построенных из дерева, которое менее подвержено разрушению при землетрясениях.
Эти старые здания могут быть восстановлены с помощью таких механизмов, как добавление так называемой сдвиговой стены, чтобы сделать здание более жестким. Но реабилитация стоит дорого. Иногда даже дешевле сдать здание в металлолом и построить новое. "Если у вас нет ресурсов, вы думаете о более важных приоритетах", - говорит Сасани. "Если у вас не было землетрясения в течение многих десятилетий, вы не думаете об этом как о приоритете". (В последний раз Турция и Сирия столкнулись с массовыми жертвами землетрясения в 1990-х годах).
Что же делать странам, испытывающим нехватку ресурсов? По словам Сасани, строительные инспекции не требуют больших затрат - вот с чего они могли бы начать. "Самое малое, что могут сделать менее развитые страны - это внедрить кодексы и стандарты", - говорит он. "Это уменьшит вероятность подобных событий в будущем".
Сделать будущие здания сейсмобезопасными не так уж дорого, объясняет Карим Наджар, профессор архитектуры в Американском университете Бейрута, изучающий стратегии проектирования с учетом климатических условий. Он говорит, что добавление дополнительных балок и колонн для укрепления инфраструктуры здания обычно составляет лишь часть общей конструкции. "Часто для получения максимальной прибыли в бетоне уменьшают количество цемента, что может сделать здание менее прочным, а значит, менее сейсмостойким", - пишет Наджар в электронном письме PopSci.
По оценкам Хамада, стоимость оболочки здания составляет около 20 процентов от общей стоимости проекта. Если здание спроектировано таким образом, чтобы противостоять землетрясениям, то эти 20 процентов увеличиваются всего на 3-5 процентов. "Будут более прочные стены, больше арматуры, балки, колонны и фундамент", - говорит он. "Почему бы и нет? Безопасность важнее, чем замена ванной комнаты".