Проектирование в сейсмических районах Сибири: требования СП 14.13330.2018 и сейсмомикрорайонирование

Заказчик из Кузбасса присылает эскиз четырёхэтажного административного корпуса и задаёт два вопроса. Почему в смете на изыскания появилась строка «сейсмическое микрорайонирование», если «у нас не Камчатка»? И почему каркас в проекте заметно тяжелее, чем у такого же здания, которое эта компания три года назад построила под Новосибирском? Оба вопроса — про одну и ту же цепочку: карта общего сейсмического районирования, уровень ответственности объекта, грунты площадки и свод правил, который связывает всё это в расчётную сейсмичность.

Для юга Западной Сибири, Алтая, Хакасии и Бурятии эта цепочка работает по-разному, и разница в один балл означает удвоение расчётных сейсмических нагрузок. Разберём, как назначается сейсмичность площадки по СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах», когда без микрорайонирования не обойтись и где изыскания реально экономят деньги на конструктиве.

Откуда берётся балл: карты ОСР-2015 и уровень ответственности

СП 14.13330.2018 утверждён приказом Минстроя России от 24.05.2018 № 309/пр и действует с 25 ноября 2018 года; с тех пор к нему принято несколько изменений, последнее — в 2024 году. Свод правил распространяется на проектирование зданий и сооружений на площадках с расчётной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64 в районах с нормативной сейсмичностью 6, 7, 8 и 9 баллов. Обратите внимание на формулировку: район может быть «шестибалльным», а площадка — семибалльной. К этому вернёмся.

Нормативную сейсмичность района задают карты общего сейсмического районирования ОСР-2015, приложенные к своду правил. Их три, и выбор карты зависит от ответственности объекта (пункт 4.3 и таблица 4.2):

Карта	Вероятность превышения за 50 лет	Средний период повторяемости	Для каких объектов
А	10 %	около 500 лет	Объекты нормального уровня ответственности — массовое жильё, офисы, производственные здания
В	5 %	около 1000 лет	Объекты повышенной ответственности: здания выше 75 м, крупные общественные здания, объекты жизнеобеспечения
С	1 %	около 5000 лет	Особо ответственные объекты: здания выше 200 м, объекты, аварии на которых ведут к тяжёлым последствиям

Один и тот же участок на карте А может иметь 6 баллов, на карте В — 7, на карте С — 8. Поэтому первое, что нужно зафиксировать в техническом задании на проектирование, — уровень ответственности объекта по таблице 4.2. Ошибка здесь тянет за собой ошибку в балльности, а значит — в нагрузках и в стоимости.

Сибирь на картах: от 6 баллов до 8–9

Регионы, которые обслуживает НПИ «Недра», лежат в разных сейсмических зонах. Новосибирск и большая часть Новосибирской области на карте А — это зона низкой нормативной сейсмичности, 6 баллов. Юг Кузбасса и Республика Алтай, Хакасия и особенно Байкальская рифтовая зона — принципиально другая история: там нормативная сейсмичность по карте А достигает 7–8 баллов, а по картам В и С — выше. Для Улан-Удэ приложение А к своду правил даёт 8, 8 и 9 баллов по картам А, В и С соответственно.

Конкретные значения для населённого пункта смотрите в приложении А к СП 14.13330.2018 — это список городов и посёлков с балльностью по трём картам. Если площадка находится вне населённого пункта из списка, сейсмичность снимают непосредственно с карты, а при близости к границе зон — с обоснованием в отчёте по изысканиям.

Практический вывод для Новосибирска: 6 баллов по карте А не означают, что антисейсмические требования вас не касаются. Если площадка сложена грунтами III категории по сейсмическим свойствам, расчётная сейсмичность площадки становится 7 баллов — и СП 14.13330.2018 применяется в полном объёме.

Нормативная и расчётная сейсмичность: как грунты меняют балл

Нормативная сейсмичность относится к району, расчётная — к конкретной площадке. Связь между ними задаёт таблица 4.1 свода правил через категорию грунтов по сейсмическим свойствам:

• I категория — скальные и плотные крупнообломочные грунты с высокими скоростями поперечных волн. Расчётная сейсмичность площадки на балл ниже нормативной.
• II категория — выветрелые скальные, плотные пески, твёрдые и полутвёрдые глинистые грунты. Расчётная сейсмичность равна нормативной.
• III категория — рыхлые пески, мягкопластичные и текучепластичные глины, водонасыщенные грунты. Расчётная сейсмичность на балл выше нормативной.
• IV категория — грунты, склонные к разжижению и потере несущей способности при землетрясении. Строительство требует специального обоснования и мероприятий по улучшению основания.

Категорию назначают не по одному слою, а по разрезу: при многослойном основании площадку относят к более неблагоприятной категории, если суммарная мощность слоёв этой категории в верхней 30-метровой толще превышает 10 метров. Отдельно свод правил выделяет сейсмически неблагоприятные площадки: тектонические нарушения, перекрытые рыхлыми отложениями мощностью менее 10 м, склоны круче 15°, оползневые, карстовые и селеопасные участки. Их по возможности избегают, а если избежать нельзя — проектируют с дополнительными мероприятиями.

Для речных пойм, намывных территорий и участков с высоким уровнем грунтовых вод — а это типичные площадки в Новосибирске, Барнауле и Кемерове — III категория встречается постоянно. Именно поэтому геология и сейсмика в изысканиях должны идти вместе: без определения скоростей поперечных волн и состояния водонасыщенных песков категорию грунта назначить нельзя.

Когда сейсмическое микрорайонирование обязательно, а когда выгодно

Пункт 4.4 свода правил разделяет два подхода. Для объектов нормальной ответственности при использовании карты А расчётную сейсмичность площадки допускается назначать по таблице 4.1 — то есть «карта плюс категория грунта». Для объектов повышенной ответственности при нормативной сейсмичности 6 баллов и более расчётная сейсмичность определяется по результатам сейсмического микрорайонирования, выполняемого в составе инженерных изысканий с учётом сейсмотектонических, грунтовых и гидрогеологических условий. Правила такого микрорайонирования установлены отдельным документом — СП 283.1325800.2016 «Объекты строительные повышенной ответственности. Правила сейсмического микрорайонирования».

Значит, СМР безусловно нужно для зданий выше 75 м, крупных торговых и спортивных объектов, больниц, объектов инфраструктуры, опасных производств в любом районе с нормативной сейсмичностью от 6 баллов — включая Новосибирскую область. Для остальных объектов оно формально не обязательно, но здесь стоит посчитать экономику.

Табличный подход всегда консервативен: он «наказывает» площадку за худший слой в разрезе. Инструментальное микрорайонирование измеряет реальную реакцию грунтовой толщи и нередко показывает, что площадка на полбалла-балл спокойнее, чем даёт таблица.

Если объект стоит на границе зон или грунты неоднородны, СМР стоимостью в доли процента от бюджета стройки может снять лишний балл с расчётной сейсмичности. А один балл — это удвоение расчётного сейсмического ускорения: коэффициент сейсмичности принимают 0,1 g для 7 баллов, 0,2 g для 8 и 0,4 g для 9 баллов. Соответственно меняются сечения и армирование колонн, диафрагм, узлов, стоимость фундаментов. В обратную сторону это тоже работает: заниженный без изысканий балл обернётся замечаниями экспертизы и перепроектированием.

Что меняется в конструктиве при 7, 8 и 9 баллах

Раздел 6 свода правил задаёт требования по типам конструктивных систем, и с ростом балльности они ужесточаются по нескольким направлениям:

1. Объёмно-планировочные решения. Предпочтительны простые симметричные формы в плане, равномерное распределение масс и жёсткостей по высоте. Здания сложной конфигурации и с перепадами высот делят антисейсмическими швами на отсеки; чем выше балльность, тем короче допустимые отсеки.
2. Каменные и кирпичные здания. Ограничивается число этажей и высота в зависимости от расчётной сейсмичности и категории кладки, обязательны антисейсмические пояса в уровне перекрытий по всем стенам, армирование кладки, ограничение размеров проёмов и простенков. При 9 баллах кирпичные несущие стены во многих случаях становятся нерациональными — выигрывает монолитный каркас или каркас с диафрагмами.
3. Каркасные здания. Требования к узлам сопряжения ригелей и колонн, к обеспечению пластической работы, к жёсткости дисков перекрытий; ограничение высоты для каркасов без диафрагм и связей.
4. Фундаменты. Предпочтительны фундаменты одного типа в пределах отсека, единая глубина заложения; свайные фундаменты с жёстким сопряжением ростверка и свай; при грунтах III–IV категории — мероприятия по улучшению основания.
5. Системы сейсмозащиты. Сейсмоизоляция и демпфирование — инструмент, который позволяет строить сложные объекты в 8–9-балльных зонах без запредельного утяжеления конструкций; изменениями к своду правил введены требования к эффективности таких систем.

Ещё одно следствие для заказчика: при расчётной сейсмичности 7 баллов и выше проектная документация проходит экспертизу с проверкой расчётов на сейсмические воздействия, а для объектов повышенной ответственности потребуется научно-техническое сопровождение проектирования и строительства.

Как заказчику подготовиться: чек-лист

1. Определите уровень ответственности объекта по таблице 4.2 СП 14.13330.2018 до заказа изысканий — от этого зависит карта (А, В или С) и обязательность микрорайонирования.
2. Проверьте нормативную сейсмичность района по приложению А или картам ОСР-2015 и зафиксируйте её в техническом задании на изыскания.
3. Включите в программу инженерно-геологических изысканий определение категории грунтов по сейсмическим свойствам: скорости поперечных волн, состояние водонасыщенных песков, мощность неблагоприятных слоёв в верхней 30-метровой толще.
4. Для объектов повышенной ответственности при 6 баллах и выше заложите сейсмическое микрорайонирование по СП 283.1325800.2016. Для объектов нормальной ответственности на границе зон или на неоднородных грунтах — посчитайте, окупится ли СМР снижением балла.
5. Требуйте от проектировщика обоснования выбора конструктивной системы под расчётную сейсмичность: разбивку на отсеки, тип фундаментов, решения по антисейсмическим поясам или диафрагмам.
6. Проверьте, что в проектной документации балл площадки совпадает с отчётом по изысканиям, — расхождение здесь одно из типовых замечаний экспертизы.

НПИ «Недра» выполняет инженерные изыскания и проектирование в сейсмических районах Сибири: определяем категорию грунтов по сейсмическим свойствам, проводим сейсмическое микрорайонирование, назначаем расчётную сейсмичность площадки и разрабатываем проектную документацию с антисейсмическими мероприятиями под 7–9 баллов, сопровождаем проект в экспертизе. Если ваша площадка в Кузбассе, на Алтае, в Хакасии или Бурятии — или в новосибирской пойме с водонасыщенными грунтами, — оставьте заявку в форме ниже: оценим сейсмичность площадки и подскажем, где изыскания сэкономят на конструктиве.

Фото: thegetty, Rawpixel, CC0