Сейсмостойкость зданий и сооружений

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 

 
 

Серия «Учебники ТГАСУ» 

 
 

Д.Ю. Саркисов 

 
 

СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ  

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 

 

 
 
 

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ  

в качестве учебного пособия  

для аспирантов, магистрантов, студентов специальности 

«Строительство уникальных зданий и сооружений»  

 

 
 
 
 
 
 
 

Томск 

Издательство ТГАСУ 

2021 

 

 

УДК 624.012.4:699.841(075.8)
ББК 38.53я7

С20
 

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 

 

Саркисов, Д.Ю. 

Сейсмостойкость зданий и сооружений : учебное посо
бие / Д.Ю. Саркисов. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. 
ун-та, 2021. – 364 с. – Текст : непосредственный. 

ISBN 978-5-93057-965-9 

 

Настоящее учебное пособие соответствует государственному образова
тельному стандарту дисциплины «Сейсмостойкость сооружений». 

В работе излагаются основы сейсмостойкого строительства, параметры сей
смических нагрузок, история развития методов расчета. Рассмотрен нормативный, 
а также численный подход к определению сейсмических нагрузок. Приведены основные сведения о сейсмозащите и сейсмоизоляции. Кроме того, рассмотрены актуальные вопросы усиления существующих зданий и сооружений, построенных без 
учета возможного воздействия сейсмических нагрузок. Представлен обзор ведущих 
мировых лабораторий по сейсмостойкости зданий и сооружений. 

Учебное пособие предназначено для аспирантов, магистрантов, студентов 

специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» при подготовке к сдаче экзамена, а также может быть использовано в рамках выполнения дипломного проекта. 
 

УДК 624.012.4:699.841(075.8)
ББК 38.53я7

 
Рецензенты: 
О.Г. Кумпяк, докт. техн. наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций ТГАСУ; 
М.Е. Гончаров, канд. техн. наук, руководитель проектной 
группы ООО «Стройтехинновации ТДСК». 
 
 
 

ISBN 978-5-93057-965-9
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2021

© Саркисов Д.Ю., 2021

С20

ВВЕДЕНИЕ 

Учебное пособие подготовлено на основании программы 

дисциплины «Сейсмостойкость сооружений» для специальности 
«Строительство уникальных зданий и сооружений». Все представленные материалы получены из открытых источников и систематизированы в виде курса лекций. 

В работе приведены основные положения теории сейсмостой
кости зданий и сооружений. Обоснована актуальность вопроса, рассмотрены основные параметры землетрясений. Выполнен исторический обзор самых значимых и разрушительных землетрясений. 
Изложены основные требования действующих в Российской Федерации нормативных документов. Рассмотрена история развития методов расчета, а также нормативный подход к определению сейсмических нагрузок на здания и сооружения. Описаны особенности 
влияния на проект грунтовых условий. Также даны основные положения по расчету зданий и сооружений методом конечных элементов на основе вычислительного комплекса SCAD. Оговорены основные вопросы, связанные с выбором корректных расчетных схем. 

Значительная часть материала посвящена сейсмозащите 

и сейсмоизоляции зданий и сооружений. Рассмотрены адаптивные системы, фрикционные системы, гасители колебаний, системы с повышенным демпфированием и др. 

Также представлены материалы по повышению сейсмостой
кости зданий, построенных без учета требований норм по строительству в сейсмически опасных районах и оказавшихся в таких 
районах после внесения изменений в действующие нормы. 

Представлена информация о ведущих мировых лабораториях 

по исследованию сейсмостойкости зданий и сооружений. 

Работа предназначена для аспирантов, магистрантов и сту
дентов специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» для подготовки к сдаче экзамена, а также в рамках 
выполнения дипломного проекта. 

Лекция 1 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.  
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

1.1. Цели и задачи дисциплины 
1.2. Актуальность вопроса 
1.3. Причины возникновения землетрясений 
1.4. Основные параметры измерения силы  

землетрясений 

1.5. Виды сейсмических волн 

1.1. Цели и задачи дисциплины 

Целями освоения дисциплины «Сейсмостойкость сооруже
ний» является формирование знаний в области проектирования 
сейсмостойких зданий и сооружений, привитие умений и навыков 
для решения конкретных практических задач, возникающих перед инженерами. 

Изучение данной дисциплины формирует знания в области 

расчета и конструирования сейсмостойких зданий и сооружений 
и дополняет их в части изучения современных подходов к расчетам и анализу напряженно-деформированного состояния строительных конструкций и их узлов сопряжения при сейсмических 
воздействиях. 

Задачами освоения дисциплины «Сейсмостойкость соору
жений» является формирование системного инженерного мышления и мировоззрения в области проектирования сейсмостойких 
зданий и сооружений на основе знания современных методов 
расчета строительных конструкций и принципов их конструирования, а также технологии производства работ, применяемых 

Лекция 1. Цели и задачи дисциплины. Основные положения 

5 

устройств, направленных на повышение сейсмостойкости, современной техники и состава требований современной, действующей в нашей стране, нормативной документации [1]. 

 
 
1.2. Актуальность вопроса 

Землетрясения – подземные толчки и колебания поверхно
сти земли, вызванные естественными причинами (главным образом, тектоническими процессами) или (иногда) искусственными 
процессами (взрывами, заполнением водохранилищ, обрушением 
подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут 
вызываться также подъѐмом лавы при вулканических извержениях. 

Актуальность исследований обусловлена тем, что ежегодно 

на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но 
большинство из них так незначительны, что остаются незамеченными [2]. Действительно сильные землетрясения, способные 
вызвать разрушения, случаются на планете примерно раз в две 
недели. Большая их часть приходится на дно океанов и поэтому 
не сопровождается катастрофическими последствиями. 

Международная сеть наблюдений за землетрясениями ре
гистрирует даже самые незначительные из них [3, 4]. 

На рис. 1.1 приведена карта планеты с указанием мест про
изошедших землетрясений любой магнитуды (235) за одни сутки 
(27.02.2018 г.) согласно данным сайта геологической службы США. 
На рис. 2.2 представлена карта с указанием мест произошедших 
землетрясений магнитудой 2,5 и выше (2235) за тридцать суток 
(27.01.2018 г. – 27.02.2018 г.) согласно данным сайта. 

На представленных картах явно прослеживается Тихооке
анское вулканическое огненное кольцо (Тихоокеанский огненный пояс) – область по периметру Тихого океана, в которой 
находится большинство действующих вулканов и происходит 
множество землетрясений. 

Сейсмостойкость зданий и сооружений 

6 

 

 
Рис. 1.1. Карта с указанием мест произошедших землетрясений любой 

магнитуды за одни сутки (27.02.2018 г.) 

 

 

 
Рис. 1.2. Карта с указанием мест произошедших землетрясений магни
тудой 2,5 и выше за тридцать суток (27.01.2018–27.02.2018 г.) 

Лекция 1. Цели и задачи дисциплины. Основные положения 

7 

Всего в этой зоне насчитывается 328 действующих назем
ных вулканов из 540 известных на Земле. В Тихоокеанском огненном кольце произошло около 90 % всех мировых землетрясений и 80 % самых мощных из них. 

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, 

которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических 
смещениях на морском дне. 

 
 
1.3. Причины возникновения землетрясений 

Причинами возникновения землетрясений считаются тек
тонические процессы с влиянием гравитации (связанные с естественным движением или деформацией земной коры и мантии), 
вулканические и другие, менее серьезные, связанные с обвалами, оползнями, заполнением водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок, взрывами и другими изменениями, чаще всего спровоцированными деятельностью человека, которые называются искусственными возбудителями. 

Землетрясения – это завершающий этап движения пород 

Земли. Сила трения препятствует сдвигам земной коры, но когда 
напряжение достигает критического уровня, происходит резкое 
смещение с разрывом пород, энергия силы трения находит выход в движениях, колебания от которых распространяются, подобно звуковым волнам, во все стороны. По мере удаления от 
гипоцентра сила ударной волны уменьшается. 

 
 
1.4. Основные параметры измерения силы землетрясений 

Для измерения силы землетрясения используют шкалу 

магнитуд и шкалу интенсивности. 

Сейсмостойкость зданий и сооружений 

8 

Магнитуда землетрясения – величина полной энергии 

сейсмических волн, характеризующая мощность очага. Шкала 
магнитуд – характеристика землетрясения, которая имеет свои 
разновидности: локальная магнитуда (ML), магнитуда поверхностных волн (MS), магнитуда объемных волн (MB), моментная 
магнитуда (MW). Самой популярной шкалой является локальная 
шкала магнитуд Рихтера, который в 1935 г. предложил этот способ измерения силы землетрясений, что и дало название этой 
шкале (рис. 1.3). Шкала Рихтера имеет диапазон от 1 до 9, величина магнитуды измеряется специальным прибором – сейсмографом. Магнитуда (M) есть десятичный логарифм максимальной амплитуды (L) сейсмической волны (в тысячных долях миллиметра), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 
100 км от эпицентра 
lg
M
L

. 

 

 

 
Рис. 1.3. Чарльз Френсис Рихтер и его локальная шкала магнитуд 

Лекция 1. Цели и задачи дисциплины. Основные положения 

9 

Зная магнитуду землетрясения, можно вычислить энергию 

E любого землетрясения по формуле log
11,5
.
E
 M

 С увеличе
нием магнитуды быстро растет выделяемая энергия. При каждой 
последующей магнитуде выделяется в 10 раз больше энергии по 
отношению к предыдущей [5]. 

Интенсивность – качественная характеристика землетря
сения, указывающая на характер и масштаб этого явления по отношению к человеку, животным, природе, естественным и искусственным сооружениям в зоне поражения землетрясения. 
Интенсивность – мера субъективная, и она может быть различной в каждом конкретном случае. 

Интенсивность землетрясения может определяться в бал
лах одной из принятых сейсмологических шкал интенсивности. 
В разных странах принято по-разному измерять интенсивность 
землетрясения. В России и некоторых других странах принята 
12-балльная шкала Медведева – Шпонхойера – Карника (MSK64, рис. 1.4). В Европе – 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала. В США – 12-балльная модифицированная шкала 
Меркалли. В Японии – 7-балльная шкала Японского метеорологического агентства. 

 

 

 

Рис. 1.4. Шкала интенсивности MSK-64 

Баллы Ощущения
Характерные признаки

1

2

3

4

5

6

7
8

9

10
11

12

НЕ ОЩУЩАЕТСЯ

ОЧЕНЬ СЛАБЫЕ

ТОЛЧКИ

СЛАБОЕ

ИНТЕНСИВНОЕ

ДОВОЛЬНО
СИЛЬНОЕ

СИЛЬНОЕ

ОЧЕНЬ СИЛЬНОЕ

РАЗРУШИТЕЛЬНОЕ

ОПУСТОШИТЕЛЬНОЕ

УНИЧТОЖАЮЩЕЕ

КАТАСТРОФА

СИЛЬНАЯ

КАТАСТРОФА

ОТМЕЧАЕТСЯ ТОЛЬКО СЕЙСМИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ

ОЩУЩАЕТСЯ ТОЛЬКО ОТДЕЛЬНЫМИ ЛЮДЬМИ В СОСТОЯНИИ ПОЛНОГО ПОКОЯ НА ВЕРХНИХ ЭТАЖАХ ЗДАНИЙ,

ОТДЕЛЬНЫМИ ЖИВОТНЫМИ

ОЩУЩАЕТСЯ ВНУТРИ НЕКОТОРЫХ ЗДАНИЙ, КАК СОТРЯСЕНИЕ ОТ ГРУЗОВИКА

ОЩУЩАЕТСЯ ВСЕМИ, КАРТИНЫ ПАДАЮТ СО СТЕН, ОБЩИЙ ИСПУГ, ШТУКАТУРКА ПАДАЕТ

ТРЕЩИНЫ В СТЕНАХ КАМЕННЫХ ДОМОВ, АНТИСЕЙСМИЧЕСКИЕ ПОСТРОЙКИ ОСТАЮТСЯ НЕВРЕДИМЫМИ

ТРЕЩИНЫ НА КРУТЫХ СКЛОНАХ И ПОЧВЕ, СДВИГАЮТСЯ ПАМЯТНИКИ, ДОМА СИЛЬНО ПОВРЕЖДАЮТСЯ

ИЗМЕНЕНИЕ В ПОЧВЕ ОГРОМНЫ, ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВОДОПАДОВ, ОТКЛОНЕНИЕ РЕК, ИЗМЕНЕНИЕ РЕЛЬЕФА,

НИ ОДНО СООРУЖЕНИЕ НЕ ВЫДЕРЖИВАЕТ

СИЛЬНОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ КАМЕННЫХ ДОМОВ, ДЕРЕВЯННЫЕ ДОМА КРИВЯТСЯ

ТРЕЩИНЫ В ПОЧВЕ ШИРИНОЙ ДО МЕТРА, ОПОЛЗНИ, ОБВАЛЫ, ИСКРИВЛЕНИЕ ЖД РЕЛЬСОВ

РАЗРУШАЮТСЯ МОСТЫ, ШИРОКИЕ ТРЕЩИНЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ЗЕМЛИ

Сейсмостойкость зданий и сооружений 

10 

Здесь следует отметить, что в действующем в России  

СП 14.13330 «Строительство в сейсмических районах» [6] используется шкала MSK-64. Однако 1 сентября 2017 г. введен в действие 
национальный стандарт РФ ГОСТ Р 57546–2017 «Землетрясения. 
Шкала сейсмической интенсивности» [7], согласно которому разработана новая 12-балльная шкала ШСИ-17 (шкала сейсмической 
интенсивности). ШСИ-17 является результатом модернизации 
шкал MSK-64 (шкала Медведева, Шпонхойера, Карника), MCS 
(шкала Меркалли, Канкани, Зиберга), EMS-98 (Европейская макросейсмическая шкала, версия 1998 г.), ESI-2007 (шкала сейсмической интенсивности по природным явлениям). 

В стандарте отмечено, что одновременно с гармонизацией 

с другими современными шкалами ШСИ отличается повышенной точностью оценок вследствие отказа от каких-либо допущений и предположений и перехода к статистическим оценкам. 
ШСИ относится к категории шкал интервалов, т. е. эту шкалу 
можно считать внутренне равномерной, и в ней допустимы все 
арифметические операции – нахождение среднеарифметического значения и стандартного отклонения, интерполяция и экстраполяция приращений интенсивности землетрясений. Важнейшим преимуществом настоящей шкалы является наличие инструментальной части с использованием нескольких параметров 
сейсмического движения грунта, оцененных на основании реальных записей сильных движений грунта. 

Оценка интенсивности землетрясения по ШСИ определя
ется по реакции категорий-сенсоров, по сейсмологическим 
(уравнение макросейсмического поля) и инженерно-сейсмометрическим (инструментальным) данным. 

Оценку интенсивности землетрясения по единичному объ
екту в пределах каждой категории сенсора проводят по его реакции в соответствии с таблицами, построенными по эмпирическим данным. 

Категориями-сенсорами, по реакции которых оценивается 

интенсивность землетрясения по ШСИ, являются: люди, пред