москвамонография. Сулайманов С. С
Скачать 3.35 Mb.
|
2.3. Прогнозирование последствий разрушительных землетрясений в городском районе Прогнозирование последствий разрушительных землетрясений в городском районе проводится с учетом пространственно- временных факторов. Целью прогноза является оценка обстановки в районе землетрясений. При этом возможная интенсивность землетрясения определяется по картам сейсмического районирования территории города Ташкента с учетом очаговых зон Приташкентского района. Основными показателями оценки является характеристики инженерной обстановки, объем аварийно-спасательных работ, мероприятий по жизнеобеспечению населения. Инженерная обстановка определяется следующими показателями: количество зданий, получивших обвалы, частичные разрушения, тяжелые, умеренные и легкие повреждения, ед.; площадь разрушенной части города или административного района, в пределах которой застройка получила тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы, км 2 ; объем завалов, м 3 ; количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или частично разрушенных конструкций, ед.; повреждения заваленных улиц и проездов; Количество зданий получивших различные степени разрушений, определяется с учетом принятых на практике степенной разрушений зданий и вероятности разрушения различных типов зданий в зависимости от интенсивности землетрясений в баллах по шкале МСК. По степени разрушения зданий при землетрясении с различной интенсивностью в баллах МСК разрушения делятся на пять степеней. 120 Степень разрушения зданий в зависимости от интенсивности землетрясений в баллах МСК приведена в таблице 2.3. Таблица 2.3 Зависимость степени разрушения от интенсивности землетрясений[80] Землетрясение, баллы по шкале МСК Степень разрушения 4……5 Легкие 5……6 Слабые 7……8 Средние 9…..10 Сильные 11…12 Полные При прогнозировании последствий разрушительных землетрясений количество зданий Pj , получивших j –ю степень разрушений, определяется по формуле: ij n i i j B K P ⋅ = ∑ = 1 , ед. , (2.13) где i K -количество зданий i- того типа в городе; ij B –вероятность получения зданием i -того типа j –й степени разрушения, 1 = j (легкие), 2 (слабые), 3 (средние), 4 (сильные), 5 (полные) степени разрушения; n –число типов рассматриваемых зданий, существует 6 типов зданий – А, Б, В, С7, С8, С9. Степень разрушения различных зданий и сооружений в зависимости от интенсивности землетрясений в баллах по шкале МСК приведена в таблице 2.4 [80]. Таблица 2.4 Степень разрушения зданий и сооружений при землетрясениях, в баллах по шкале МСК № Тип (конструкция) здания Слабые (2) Средние (3) Сильные (4) 1 Кирпичные с ж\б 6…….7 7…..7,5 7,5…..8 121 перекрытиями (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 5……..6 6…….7 7…….7,5 2 Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 6,5…..7,5 6……7 7,5……8 7……8 8……8,5 8…..8,5 3 Каркасы с ж\б перекрытиями: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 6,5….7,5 5,5…6,5 7,5…..8 6,5…..7, 5 8……8,5 7,5…..8 4 Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 7….8 6…..7 8…..8,5 7…..8 8,5.....9 8……8,5 5 Ж\б крупнопанельные: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 6……7 5……6 7……..7, 5 6……… 7,5 7,5…..8 7,5……8 6 Те же, антисейсмические: малоэтажные (до 4 этажей) многоэтажные (до 8 этажей) 6,5…..7,5 5,5…..7 7,5…8 7…....7,5 8…….8,5 7,5….8 7 Ж\б каркасные: многоэтажные высотные (до 25 этажей) 7…..7,5 6,5…7,5 7,5….8 7,5…..8, 5 8…….8,5 8,5….9 8 Ж\б каркасные с большими пролетами 7…..7,5 7,5….8 8…..8,5 9 Те же, антисейсмические 7……8 8….8,5 8,5…9 10 Подвалы зданий 7……8 8……9 9…..10 122 11 Водонапорные башни 6…..7 7……8 8….9 12 Емкости наземные 7…..7,5 7,5…….. 8,5 8,5…..9 13 Антенные устройства 6…..7 7……… 8 8……9 14 Подземные сети 9…..11 11….12 Вероятность получения i- того типа j –й степени разрушения зависят от множеств чисел факторов и показателей. Значения вероятностей ij B для практических расчетов приведены в таблице 2.5 [75,81,82,83]. Таблица 2.5 Вероятности повреждения различных типов зданий в зависимости от интенсивности землетрясения Тип здания Степень разруше ния Вероятность разрушения здания при интенсивности в баллах по шкале МСК 6 7 8 9 10 11 12 А 1 0,36 0,13 0 0 0 0 0 2 0,12 0,37 0,02 0 0 0 0 3 0,02 0,34 0,14 0 0 0 0 4 0 0,13 0,34 0,02 0 0 0 5 0 0,03 0,50 0,98 1 1 0 Б 1 0,09 0,4 0,01 0 0 0 0 2 0,01 0,34 0,15 0 0 0 0 3 0 0,13 0,34 0,02 0 0 0 4 0 0,03 0,34 0,14 0 0 0 5 0 0 0,16 0,84 1 1 1 В 1 0,01 0,36 0,13 0 0 0 0 2 0 0,11 037 0,02 0 0 0 3 0 0,03 0,34 0,14 0 0 0 4 0 0 0,13 0,34 0,03 0 0 5 0 0 0,03 0,50 0,97 1 1 С7 1 0 0,09 0,4 0,01 0 0 0 2 0 0,01 0,34 0,15 0 0 0 3 0 0 0,13 0,34 0 0,02 0 4 0 0 0,03 0,34 0,1 0,14 0 5 0 0 0 0,15 0,09 0,84 1 1 0 0,01 0,36 0,13 0 0 0 123 С8 2 0 0 0,1 0,37 0,02 0 0 3 0 0 0,02 0,34 0,14 0 0 4 0 0 0 0,13 0,34 0,02 0 5 0 0 0 0,03 0,50 0,98 1 С9 1 0 0 0,09 0,4 0,01 0 0 2 0 0 0,01 0,34 0,15 0 0 3 0 0 0 0,13 0,34 0,02 0 4 0 0 0 0,03 0,34 0,14 0 5 0 0 0 0 0,16 0,84 1 Зависимость количества разрушенных жилых зданий от уровня сейсмического риска (для 10000 зданий) приведена на рис. 2.9. Из него видно, что при десятибалльном уровне сейсмического риска ущерб будет катастрофическим. Значения вероятностей ij B = 0 соответствует отсутствие такой степени разрушения и ij B = 1 полные разрушения зданий и сооружений. Рис.2.9.Зависимость количества разрушенных жилых зданий от уровня сейсмического риска Площадь разрушений части города, района, махалли, в пределах которой застройка получила разрушения, определяется с учетом высоты сплошного завала, в зависимости плотности застройки и этажности зданий. При этом площадь разрушений вычисляется следующей формулой: 124 j j m j j раз H V P S ⋅ = ∑ = 1 , (2.14) где j V - объем завала здания получившего j- й степень разрушения, м 3 ; Н j – высота сплошного завала получившего j-й степень разрушения, м. Высота сплошного завала в зависимости от плотности застройки и этажности зданий по данным работы [80] приведена в таблице 2.6. Общий объем завалов Таблица 2.6 Высота сплошного завала (м), в зависимости от плотности застройки и этажности зданий [83] Плотность застройки, % Этажность 1 2 3 4 5 6 7 8 20 0,3 0,6 1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 25 0,4 0,7 1,2 1,6 1,9 2,3 2,4 2,6 30 0,5 0,9 1,5 1,9 2,2 2,8 2,9 3,1 40 0,6 1,2 2 2,5 3 3,7 3,8 4,2 50 0,8 1,5 2,5 3,1 3,8 4,6 4,8 5,2 60 0,9 1,7 3 3,8 4,5 5,6 5,8 6,2 определяется из условия, что при частичном разрушении здания объем завала составляет примерно 50% от объема завала при его полном разрушении. Если город большой, с неравномерной плотностью и этажностью застройки, то расчеты производятся по участкам застройки (массивы), на которые предварительно разбивается город. Затем результаты вычислений суммируются. Опыт ликвидации последствий разрушительных землетрясений показал, что при проведении спасательных работ разбирается примерно 15% завалов от общего их объема. Количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или частично разрушенных конструкций, принимается равным числу зданий, получивших частичные разрушения (4-я степень разрушения). Для наглядности нами по формуле(2.14) проведен прогноз площади 125 разрушений части города с 10000 пятиэтажными и девятиэтажными жилыми и административными зданиями при плотности застройки 30,40,50 и 60 процентов. Результаты прогноза представлены на рис. 2.10 и 2.11. Анализ графиков показывает, что площадь разрушения 1,2,3,4- при плотности застройки 60,50,40,30 процентов Рис.2.10.Зависимость площади разрушения части города с пятиэтажными зданиями 1,2,3,4- при плотности застройки 60,50,40,30 процентов Рис.2.11.Зависимость площади разрушения части города с девятиэтажными зданиями 126 части города тесно связана с уровнем сейсмического риска, плотностью застройки и количеством этажей жилых и административных зданий. При десятибалльном уровне сейсмического риска размер площади разрушенной части города будет максимальным[165]. Протяженность заваленных проездов определяется из условия, что на 1 м 2 разрушенной части города в среднем приходится 0,6 м заваленных маршрутов (данные получены на основе анализа последствий разрушительных землетрясений): раз пп S L ⋅ = 6 , 0 , (2.15) где раз S определяется по формуле (2.14). Как показывает опыт, вынос завала за контуры зданий при их полном разрушении невелик и составляет, например, для 9-этажных зданий 7-9 м. Поэтому проезды в зонах землетрясений оказываются практически не заваленными. Однако все сказанное справедливо только для случаев разрушения зданий без опрокидывания. В районах с пониженной несущей способностью и большой деформированностью грунтов возможны случаи разрушения высотных зданий с их опрокидыванием. Высота и длина завала в этом случае будут зависеть от размеров здания. Наиболее характерными повреждениями дорог при землетрясениях является: разрушение участков дорог вследствие оползней; образование трещин (шириной до нескольких десятков сантиметров) в дорожном полотне, также разрушение дорожного покрытия (в девятибалльной зоне), разрушение мостов, путепроводов, тоннелей. При землетрясении в 9 баллов и более могут быть разрушены аэродромные покрытия [82,84,85,86]. Количество аварий, коммунально-энергетических сетей (КЭС) определяется из условия, что на 10 6 м 2 разрушенной части города приходится 6-8 аварий: 127 раз кэс S K 6 10 8 − ⋅ = , (2.16) где раз S определяется по формуле (2.14). Для наглядности, нами по формуле (2.16) проведен прогноз количества аварий коммунально-энергетических сетей на площади разрушенной части города с 10000 пятиэтажными и девятиэтажными жилыми и административными зданиями плотностью застройки 30,40,50 и 60 процентов. Результаты прогноза представлены на рис. 2.12 и 2.13. Из графиков видно, при десятибалльном уровне сейсмического риска на площади разрушенной части города с пятиэтажными зданиями, с плотностью застройки 30- 60 1,2,3,4- при плотности застройки 60,50,40,30 процентов Рис.2.12. Аварии КЭС на площади разрушенной части города с пятиэтажными зданиями процентов, произойдет 15-34 аварий КЭС. На площади разрушенной части города с девятиэтажными зданиями , с плотностью застройки 30- 60 процентов ,произойдет 39-73 аварий КЭС: колодцев, кабельных линий и с разрушением вводов в наземные здания и сооружения, а 128 также повреждения элементов КЭС обломками зданий. При авариях на КЭС люди могут [165] 1,2,3,4- при плотности застройки 60,50,40,30 процентов Рис.2.13.Аварии КЭСна площади разрушенной части города с девятиэтажными зданиями пострадать в результате поражения электрическим током; отравления газом; пожаров, возникающих из-за коротких замыканий и возгорания газа. Кроме того, возможны затопление территорий водой из разрушенных водопроводных труб и канализационных коллекторов, а также получение людьми ожогов при разрушении элементов систем паро-и-теплоснабжения. Количество людей, оказавшихся без крова, принимается равным численности людей, проживавших в зданиях, получивших тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы. В среднем в половине зданий, частично разрушенных и обвалившихся, возможно возникновение пожаров. Причины, вызывающие повреждения КЭС, бывают: 1.Связанные с волновым движением грунта, вследствие чего в элементах КЭС появляются растягивающие и сдвигающие усилия, которые вызывают движение подземных коммуникаций и сооружений КЭС – коллекторов, трубопроводов, колодцев, кабельных линей. 129 2.Связанные с разрушением вводов в наземные здания и сооружения, а также повреждения элементов КЭС обломками зданий. При авариях на КЭС люди могут пострадать в результате поражения электрическим током; отравления газом; пожаров, возникающих из-за коротких замыканий и возгорания газа. Кроме того, возможны затопление территорий водой из разрушенных водопроводных труб и канализационных коллекторов, а также получение людьми ожогов при разрушении элементов систем паро-и теплоснабжения. Аварии на КЭС могут привести к прекращению снабжения зданий и сооружений водой, электроэнергией и теплом. К показателям, влияющим на объемы аварийно- спасательных работ и решение задач жизнеобеспечения населения в зонах разрушительных землетрясений, относятся: - численность пострадавших людей, структура потерь; - численность людей, оказавшихся под завалами и оставшихся без крова; - потребность во временном жилье (палатках, домиках); - пожарная обстановка; - радиационная и химическая обстановка в зоне разрушений. Количество людей, оказавшихся без крова, принимается равным численности людей, проживавших в зданиях, получивших тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы. В среднем в половине зданий, частично разрушенных и обвалившихся, возможно возникновение пожаров. Среднее количество пожаров определяется по формуле: ij ш i пож B K T ∑ = ⋅ ⋅ = 5 1 5 , 0 ед., (2.17) При этом учитывают количество зданий K i i - того типа получившие 3,4,5- степень разрушения. Для наглядности нами по формуле (2.16) проведен прогноз количества пожаров на площади 130 разрушенной части города с 10000 жилыми и административными зданиями[165]. Результаты прогноза представлены на рис. 2.14. Пожары в жилом и административном зданиях возникают из-за коротких замыканий и возгорания газа при авариях на КЭС. Повышение потенциала населения путем разработки и внедрения технических решений по Рис.2.14.Количество пожаров в жилых и административных зданиях предотвращению пожаров позволит резко снизить уровень ущерба и величину индивидуального риска. Количество людей, оказавшихся без крова, определяются по формуле: раз S ср Л ⋅ = ρ , человек, (2.18) где ср ρ -среднее значение плотности населения разрушенной части города, человек / м 2 . По данным автора [72] плотность населения по областям и городам (рис.2.15) являются основными показателями величины социального риска. 131 Рис.2.15.Плотность населения Узбекистана [72] Плотность населения города Ташкента и его отдельно взятого района постоянно меняется и зависит от структуры, типов и этажности жилых домов. Территория города Ташкента составляет 300 . 10 6 м 2 , численность населения на 2009 год составляет 2,2063 . 10 6 человек [87,88,89]. Среднюю плотность населения разрушенной части города или отдельного административного района определяется с учетом площади зеленной зоны, количество улиц, и т.д. Общая площадь территории Алмазарского района города, где проводилась оценка подготовленности жителей махали к возможным землетрясениям, расположена в севера – западной части города с наиболее неблагоприятными условиями, составляет 3,45 тысяч гектар, 1,8 тысяч гектаров площади занимает зеленная зона, 330 улиц, 1 км мостов, 3459 зданий различных учреждений, 58 махаллы. Суммарная численность населения на 2009 год составляет 301, 1 человек. Количество жертв населения города как было выше отмечено, следует определять с учетом вероятностей нахождения человека в зоне поражающих факторов и реализацией потенциала населения по снижению сейсмического риска. Потенциал населения по снижению сейсмического риска зависит от участия общественных организаций в процессах 132 подготовки законодательно- правовых, нормативно-технических по управлению риском и населения к возможным землетрясениям проведением учебных тренировок с учетом природы землетрясений Ташкентской очаговой зоны. Составной частью потенциала населения является готовность и согласованность различных структур и служб по проведению поисково-аварийно-спасательных работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС) связанных с землетрясениями. 2.4.Прогноз опасности неструктурных элементов системы «человек-среда обитания» Возникновение ряда опасных поражающих факторов тесно связано с неструктурными элементами системы «человек -среда обитания». Неструктурные элементы – это все части зданий, сооружений, их обстановка и содержание которых являются подсистемами и элементами системы «человек- среда обитания». В момент реализации сейсмического риска неструктурные элементы могут стать источником опасных поражающих факторов. Обычно эти опасности называют неструктурными опасностями. Опыт показывает, что неструктурные опасности- причина огромного числа повреждений людей и смертельных случаев. Они также препятствуют спасению и мешают оказанию помощи, а также являются причиной большой экономической потери и делают восстановление или улучшение условий проживания пострадавшего населения более тяжелым. Статистика последствий реализации сейсмического риска показывает, что 50 процентов травм, 3 процента смертей населения, 30 процентов экономического ущерба произошли из-за неструктурных опасностей. Основными источниками поражающих факторов неструктурной опасности системы «человек- среда обитания» являются мебель, производственные оборудования, приборы, бытовые оборудования, 133 резервуары и т. д. Причинами реализации неструктурных опасностей являются опрокидывание, падение и разрушение. Положение оборудования, мебели устойчиво, если вектор силы тяжести, опущенной из его центра масс вертикально, проходит внутри контура образованного точками опоры (рис. 2.16) и величина силы трения покоя достаточна. При землетрясении здания и в том числе их неструктурные элементы начинают совершать вынужденные |