Як, чому і з чого
Проблема вибору «правильної» ділянки для будівництва споруд або міст і досягнення міцності будівель не є новою, у давнину це теж хвилювало людей. Звичайно, вони не мали сучасного розмаїття матеріалів для будівництва, і їм були недоступні дослідження сучасного рівня точності, тому більшість методів обиралася шляхом спроб і помилок. Але певні системні напрацювання існували вже тоді.
У праці «10 книг про архітектуру» давньоримський архітектор Вітрувій писав: «При будівництві міста <…> насамперед треба обирати найбільш здорову місцевість. Вона має бути піднесеною, не туманною, не морозною і зверненою не до спекотних і холодних, а до помірних сторін світу, крім того, необхідно уникати сусідства боліт». Автор у першому столітті нашої ери приділяє увагу багатьом деталям: від урахування сезонних вітрів у плануванні вулиць і до якості глини для виробництва цегли. В певному сенсі сучасні архітектура та будівництво досі роблять те саме, тільки на більш глибокому рівні.
Щодо матеріалів, секрет міцності, скажімо, храмової архітектури Давнього Китаю містився в додаванні клейкого вареного рису до розчину. Карлів міст у Празі будували, використовуючи яйця в будівельній суміші, цей факт знайшов підтвердження у дослідженнях науковців Чеського хіміко-технологічного університету (VŠCHT). Важливим компонентом, який використовували в давнину для забезпечення стабільності будматеріалів, було вапно. Мая та інші народи доколумбової Америки змішували його з низкою органічних інгредієнтів: соком рослин, жирами, навіть пивом або кров’ю худоби. У зразках маянського тиньку та ліпнини з городища Копан, розташованого на території сучасного Гондурасу, науковцями були знайдені сполуки, характерні для місцевої флори. Невідомо, чи були ці експерименти свідомими, та в реальності вони забезпечили додану міцність і пластичність тогочасного «бетону», який мав показники, близькі до давньоримських.
Архітектура маянського городища Копан. Джерело фото: www.britannica.com
Самих римлян ми знаємо як винахідників рецепту бетону, який наразі втрачений. Античний бетон із плином років дуже повільно руйнується, навіть морська вода його не псує, а навпаки, додає якості. Дослідження науковців лабораторії Берклі та Університету Юти свідчать: імовірною причиною міцності матеріалу є реакція вапна з мінералами — тоберморитом і філліпситом, які містилися у вулканічному попелі. Самі мінерали є рідкісними, але у римлян попелу було багато, і вони використовували те, що буквально лежало під ногами. В ті часи було винайдено ефективні сценарії: так, штучний аналог тобермориту використовується і в сучасному виробництві газобетону.
Портландцемент, винайдений у 1824 році Джозефом Аспіном, отримав надзвичайно широке застосування в сучасному будівництві. Проте це не означає, що людство перестало бути зацікавленим у нових або ж відроджених рецептах і рішеннях. Навпаки, це видається вельми інтригуючим. Новітній цемент має суттєвий недолік: виділення значної кількості парникових газів у навколишнє середовище. Зараз на виробництво припадає щонайменше 8% від усіх світових викидів вуглецю (для порівняння цифр, згідно зі звітом Міжнародного енергетичного агентства за 2020 р., на авіацію припадає близько 2,8% загальних глобальних викидів, тобто майже втричі менше). Згідно з даними, поширеними кліматологом Стенфорда Робом Джексоном, який також є очільником проєкту Global Carbon Project, викиди від виготовлення цементу у світі зростають швидше, ніж більшість інших джерел вуглецю.
Давньоримський пірс Portus Cosanus у Орбетелло, Італія. Зразки доводять довготривалу міцність античного бетону. Джерело фото: newatlas.com, © J. P. Oleson
Суміш із вулканічного попелу, вапна та морської води. Зображення під мікроскопом — помітне зростання кристалів альтобермориту.
Джерело фото: newatlas.com
Повертаючись на рідні терени — українці також мали багато правил і вимог до зведення традиційного житла. Плануючи будівництво, вони придивлялися до місця. Так, не можна було будувати на стежках, місцях, де раніше були розташовані хлів або стайня, корчах, болотах і там, де скупчувалася дощова вода або хата згоріла від блискавки. Закладати нову хату було прийнято навесні та влітку, а перед тим, як почати будівництво, на обраному місці часто сіяли жито. Якщо воно росло добре, то вважалося, що ділянка гарна. Частина цих правил пов’язана з давніми віруваннями та забобонами, проте більшість є вельми практичною. Наприклад, вимоги щодо пори року корелюються з можливостями контролю погодних умов та якістю процесу будівництва, висиханням матеріалів. Примітна оцінка стану ділянки з погляду можливого підтоплення, стабільності ґрунтів, їх біологічного забруднення.
Фото: Dave Goudreau / Unsplash
Випробування, яке не витримала Туреччина
Україна — на війні. Зазнають атак ворога населені пункти, житло, промислові об’єкти, угіддя, зелені зони. Багато мирних міст перетворилися на поля битв і руйнуються під час боїв, значні території забруднені боєприпасами. Це травматичний досвід для кожного, бо нам хочеться вважати свій світ — місто, рідну вулицю, домівку — міцним місцем, яке не може бути ушкодженим.
Дорога в турецькій провінції Караманмараш, зруйнована землетрусом. Джерело фото: www.aa.com.tr (Anadolu Ajansı, AA)
Проте є інші, не менш, а можливо, і більш невблаганні суперники для людського житла. Принаймні їх неможливо перемогти зброєю. Це — сили стихії, прояви змін клімату і час, який робить вірогідність тих чи інших подій практично гарантованою. Кожне місто розташоване на території, яка має свій контекст: особливості, зумовлені геологією та сейсмікою, рельєфом, факторами природного й техногенного походження. Це «вихідні дані» місцевості, у якій ми живемо і будуємо. Населення світу продовжує збільшуватися, збільшуються й населені пункти, забудова з’являється в районах із менш сприятливими умовами та в сейсмоактивних районах. Вплив стихії на життя людства, незважаючи на розвиток технологій, зростає.
За 123 роки в Туреччині та прилеглих регіонах інших країн відбулося більше 200 землетрусів із магнітудою 6 балів і вище. Джерело фото: www.aa.com.tr (Anadolu Ajansı, AA)
У лютому 2023 року сталася низка руйнівних землетрусів на південному сході Туреччини та близькій до кордону частині Сирії. Потужність першого поштовху з епіцентром поблизу Газіантепа склала 7,8 балів за шкалою Ріхтера. Наступної доби відбулося кілька сотень значних за інтенсивністю афтершоків, а наступними тижнями — кілька тисяч із меншою амплітудою (Reuters, спираючись на дані науковців, подає цифру не меншу ніж 10 тис.). Тільки в Туреччині зона стихійного лиха охопила десять провінцій.
Зі збільшенням населення світу забудова з’являється в районах із менш сприятливими умовами, тому вплив стихії на життя людства зростає
За даними UNICEF, загальна кількість загиблих в обох країнах перевищила 50 тис. осіб. Багато фахівців говорять про те, що цифра насправді є значно більшою і буде змінюватися. Мільйони людей розміщені в тимчасовому житлі в постраждалих регіонах чи були вимушені шукати місце проживання в інших містах. Для Туреччини цей землетрус став найпотужнішим за століття, перевершивши наслідки трагічних подій у місті Ерзінджан в 1939 році, коли загинуло 33 тис. осіб і близько 100 тис. отримали поранення.
Туреччина — країна з виразною сейсмікою, в активних зонах невеликі поштовхи стаються так часто, що мешканці не завжди звертають на них увагу. Місце останнього землетрусу розташоване на стику Анатолійської, Аравійської та Африканської тектонічних плит. Можна було б сказати — це прояв стихії, який призвів до страшних наслідків. Велика потужність і кількість повторних поштовхів, значна територія, холодна погода і навіть час доби відіграли свою драматичну роль: вранці 6 лютого, коли стався перший поштовх, більшість людей мирно спали у своїх квартирах.
Проте в цій історії відкрилися й інші обставини, які пояснюють приголомшливу кількість руйнувань і загиблих. На жаль, вони стосуються насамперед якості забудови.
Уламки будівель в Антакії, одному з найбільш постраждалих міст Туреччини. Джерело фото: © AP
Основні сейсмічні зони в Туреччині — Егейсько-Мармуровоморська, Північноанатолійська та Центральноанатолійська, в їхніх межах розташовано багато густонаселених міських агломерацій, включно з багатомільйонними Стамбулом або Ізміром. В країнах із подібним сейсмічним профілем і досвідом очікувано повинні реалізовуватися суворі схеми контролю будівництва й дотримання норм щодо сейсміки. Запровадити перші жорсткі правила будівництва Туреччину спонукали масштаби руйнації після землетрусу в Ерзінджані наприкінці 30-х рр. ХХ ст. Ще один великий землетрус стався в Туреччині в місті Ізміт у 1999 році, були й пізніші. Вони мали б прищепити суворе дотримання стандартів безпеки в проєктуванні та будівництві, апелюючи до викликів. Проте реальність це не підтвердила.
Не заглиблюючись у політику, можна сказати лише те, що останніми десятиліттями будівництво стало флагманом економічного зростання в Туреччині. Владою на цю галузь було зроблено багато ставок, зумовлених як економічним складником, так і прагненням до власних високих рейтингів. Централізація управління та інтенсивні темпи розбудови призвели до того, що контроль за наданням дозволів і дотриманням будівельних норм відомствами, державними та муніципальними установами став менш прозорим. Іншою практикою були так звані амністії для забудовників, їх започаткували ще до каденції чинного президента й надалі вони продовжувалися. Закони про амністії дозволяли будувати та вводити в експлуатацію споруди, навіть якщо вони не відповідали вимогам безпеки та нормам, при цьому компаніям дозволялося заплатити штраф і легалізувати будинок. За даними розслідування New York Times, тільки в сейсмічно нестабільних районах Туреччини «амністували» близько 75 тис. будівель. Закони про будівельні амністії презентувалися як своєрідна «пігулка» проти зайвої бюрократії, та в реальності це призвело до катастрофи.
Ареал та інтенсивність лютневих землетрусів у Туреччині та Сирії. Джерело фото: Reuters (cropped screenshot)
Нова багатоповерхівка у місті Іскендерун до і після землетрусу. Джерело фото: www.bbc.com
Можливо, цей негативний досвід варто проаналізувати і в Україні, розробляючи стратегії післявоєнної відбудови й контролю за її втіленням.
Закони про будівельні амністії в Туреччині, які презентувалися як своєрідна «пігулка» проти зайвої бюрократії, в реальності призвели до катастрофи
Наразі в Туреччині триває слідство щодо ймовірної недбалості з боку підрядників і забудовників. У глобальному сенсі ця діяльність не могла відбуватися без участі, або ж навпаки, відбувалася за умови байдужості до проблеми з боку державних інституцій. Тому, незважаючи на очевидність злочину, виникає питання щодо довжини ланки винних, покараних і джерела проблеми.
Фото: Derek Lee / Unsplash
Сейсміка, особливі території та будівництво в Україні
У Туреччині нині бум запитів на сейсмічну експертизу будинків, а ринок нерухомості в регіонах, яким притаманні землетруси, перебуває в стані специфічного оживлення — багато хто прагне позбутися потенційно небезпечних метрів. Трагедія, яку широко висвітлювали світові медіа, змусила людей у багатьох куточках світу замислитися про безпечність власної домівки і її стійкість до впливу стихії. Україна наразі бореться з великими викликами війни, проте стресори — і природні, і ті, до яких доклала руку людина, — існують у нашій реальності паралельно.
Наскільки критичними можуть бути прояви сейсміки чи інших факторів природного й техногенного характеру в Україні і на які норми спирається наше будівництво? За допомогою в роз’ясненні ми звернулися до архітектора Олександра Кумейка.
Олександр Кумейко, архітектор
PRAGMATIKA.MEDIA: Чи витримали б будівлі в українських містах сейсмічні поштовхи, подібні до тих, які були в Туреччині і в Сирії взимку?
Олександр Кумейко: Можливо, я здивую когось із читачів, але згідно з мапами сейсмічного районування, в Україні ми маємо території із сейсмічністю 6, 7 і навіть 8 та 9 балів за шкалою MSK-64 (Шкала оцінює інтенсивність поштовхів на основі реакції очевидців і за зовнішніми проявами руйнувань, використовуючи 12-бальну систему. — Прим. ред.). Для цих територій є певні вимоги і до архітектурних рішень, і до конструктиву будівель. Є задокументовані правила, досить чіткі й деталізовані. Вони стосуються як споруди в цілому, так і певних вузлів. Якщо ці нормативи враховані, можна з упевненістю говорити, що будівлі готові до такої сейсміки, якщо ні — в таких випадках все покладається на долю. Проблема ж криється в тому, що, на мою думку, не в усіх будівлях у нашій країні враховують вимоги щодо стійкості до поштовхів у повному обсязі, хоча й мають. У цьому контексті проблема криється не в нормативах чи відсутності інформації, бо необхідна методологія для цього розроблена.
Мапа загального сейсмічного районування України ЗСР-2004-А. Джерело зображення: rbc.ua
Мапа загального сейсмічного районування України ЗСР-2004-В. Джерело зображення: rbc.ua
Мапа загального сейсмічного районування України ЗСР-2004-С. Джерело зображення: rbc.ua
Комплект мап сейсмічного районування ЗСР-2004-А0 з варіантами A, B і С був розроблений Інститутом геофізики НАН України та Кримською експертною радою з оцінки сейсмічної небезпеки та прогнозу землетрусів. На цих мапах помічені зони прогнозованої бальності землетрусів, які з імовірністю 90%, 95% і 99% (для мап А, В і С відповідно) не будуть перевищені за найближчі 50 років. Ці мапи дають розуміння, що періоди, з якими можуть відбутися поштовхи вказаної на мапах бальності або вищі, для України досить значні, це один раз на 500, 1000 і 5000 років відповідно.
Олександр Кумейко: «Проблематика сейсмостійкості будівель в Україні криється не в нормативах чи відсутності інформації, необхідна методологія для цього розроблена»
На території України немає великих розломів, хоча наша країна й розташована на півночі саме того сейсмоактивного поясу, процеси в якому викликали турецько-сирійський землетрус. Більшість території розташована на 5–7-бальній ділянці інтенсивності за MSK-64, що не передбачає сильних руйнацій. Активний «гравець» української сейсміки — зона Вранча на стику Південних і Східних Карпат (територія Румунії).
Сейсмоактивна зона Вранча. Автор зображення: Dimdimdim, wikimedia.org
Два основних сейсмічних райони нашої країни — Карпатський і Кримсько-Чорноморський, безпосередньо під вплив зони Вранча підпадає південно-західна частина України, а найбільш сейсмоактивними є Закарпаття та Буковина. Сейсмічність Причорномор’я визначається епіцентрами землетрусів, зосереджених у морській акваторії та поблизу Криму. Також є окреме джерело сейсміки неподалік від дельти Дунаю, що в синергії із зоною Вранча може бути доволі вагомим фактором ризику для Одещини.
Райони з прогнозованою інтенсивністю сейсмічних подій значенням 6–9 балів за MSK-64 становлять близько 20% території України, райони з прогнозованою інтенсивністю 7–9 балів — 12% території. За визначенням Інституту геофізики НАН України, загалом до 40% території України може бути охоплено впливом сейсмічних подій і до 70% — сумарним впливом землетрусів і підтоплень, зсувів та інших процесів, які негативно впливають на стійкість будівель.
У дослідженні «Сейсмічна небезпека і захист від землетрусів» Інституту геофізики НАН України також згадується про вплив на безпеку інтенсивного видобутку корисних копалин. За твердженням науковців, через активні дії на підроблюваних територіях, часто із застосуванням потужних вибухів, відбуваються незворотні зміни стану геологічного середовища (Підроблювані території — місця, призначені для ведення підземних гірничих робіт у промислових масштабах. — Прим. ред.). Внаслідок цього можуть активізуватися небезпечні процеси природно-техногенного характеру: зсуви, обвали порід, підтоплення, землетруси. Так, поблизу Кривого Рогу в різні роки відбулося кілька землетрусів, встановлення причин і природи яких вимагає подальшого дослідження. За даними науковців, у разі продовження інтенсивних розробок покладів корисних копалин у цьому регіоні можуть відбуватися землетруси інтенсивністю 5 і більше балів.
Зсуви ґрунту в селі Санжійка на Одещині, 2018 р. Джерело фото: Думська
За даними Міністерства надзвичайних ситуацій України, близько 13% території країни охоплені впливом підтоплень, це регіони поблизу річок Дніпро, Дністер, Десна, Південний Буг, Сіверський Донець. На цих територіях розташовані як населені пункти, так і промислові об’єкти. Більше ніж 60% території України схильні до утворення карстів, у 27% випадків це відкритий карст — коли породи, що легко розмиваються (наприклад вапняки), залягають біля поверхні, створюючи ризик появи провалів і порожнин. Ці процеси мають значний вплив на сучасне будівництво. Для України також характерними є зсуви — на Прикарпатті, Хмельниччині, у східній частині країни. Від них страждають населені пункти поблизу морського узбережжя, наприклад на Одещині і в Криму.
Володимир Брунько: «Крім територій із процесами, що відбуваються в надрах, в Україні вистачає й ділянок із техногенними особливостями поверхневого характеру»
Володимир Брунько, керівник відділу Українського зонального науково-дослідного і проєктного інституту по цивільному будівництву «КиївЗНДІЕП»
Керівник відділу Українського зонального науково-дослідного і проєктного інституту по цивільному будівництву «КиївЗНДІЕП» Володимир Брунько розповідає: крім підроблюваних територій і територій із процесами глибинного характеру, що відбуваються в надрах, в Україні вистачає й ділянок із техногенними особливостями поверхневого характеру — це банальні полігони минулих років, звалища будівельного сміття, відходів виробництва тощо. Характеристики таких ділянок визначаються не районуванням, а в процесі дорозвідки на місці, виконання інженерно-геологічних вишукувань під час конкретного проєктування. В цьому разі залежно від звіту з місця запланованого будівництва на плямі забудови буде вказано, чи є там особливості або техногенні залишки того чи іншого характеру.
За словами Олександра Кумейка, фахова реакція архітекторів, проєктувальників та інженерів на особливі природно-техногенні умови — відповідальна річ.
«У нашій країні багато територій з тими чи іншими особливостями, інколи непомітними на перший погляд. У більшості населених пунктів присутні кілька факторів одночасно, тому їх потенціали сумуються. Крім сейсміки, слабких ґрунтів, карстів, зони підтоплень у практиці архітектора широко поширені, наприклад, схили, де можуть відбуватися зсувні процеси. Якщо розглядати сейсмічність, залежно від району є вимоги до поверховості та конструктивних рішень будівель і споруд».
Архітектор акцентує: техногенне навантаження на території, а саме щільність забудови і насиченість інженерними мережами, часто спотворюють природно-техногенну картину. За певних умов їх також можна назвати небезпечними чинниками.
«Фактори щільності забудови й насиченість і стан інженерних мереж мають найбільший вплив на геологічні умови і їх зміну, — розповідає Олександр Кумейко, — особливо це впливає на водонасиченість ділянки та рівень ґрунтових вод. Від водонасиченості досить сильно залежать характеристики ґрунтів, які є основою для фундаментів будівель. У своїх проєктах, особливо в стиснених умовах, зазвичай, крім геологічних вишукувань, я прошу замовників здійснювати гідрогеологічні вишукування та оцінку впливу будівництва об’єкта на гідрогеологічний режим території навколо».
Якщо професійно враховувати особливі фактори під час проєктування, вони перестають бути «небезпечними»
«Особливі фактори існують, і ми стикаємося з ними у практиці, — продовжує архітектор. — Проте можу запевнити, якщо професійно їх враховувати під час проєктування, вони перестають бути «небезпечними». Чинними нормами передбачені рішення, як на містобудівному рівні, так і на об’єктовому, що дозволяють успішно розвивати території з наявними особливостями. Основним документом, за яким архітектор може визначити наявність таких чинників, є актуальна містобудівна документація. Там зазначається або повинен бути зазначений перелік небезпечних факторів, характерних для місцевості. Також на цьому етапі формуються обмеження чи умови, за яких можливо вести будівництво на тій чи іншій території або ділянці. Карти загального сейсмічного районування України, про які ми говорили вище, є складовими частинами ДБН В.1.1-12 «Будівництво у сейсмічних районах України». Як і кожний архітектор, я починаю роботу над проєктом із вивчення чинної містобудівної документації і результатів геологічних вишукувань, потім напрацьовую пропозиції для замовника щодо поверховості, функціоналу об’єкта, розпланування ділянки будівництва тощо».
Олександр Кумейко, архітектор
Державні будівельні норми (ДБН) — обов’язкові до виконання нормативні акти, які використовуються під час проєктування нових, а також реконструкції вже наявних споруд і забудови відповідно до їх призначення. Мапи сейсмічного районування ЗСР-2004-А і ЗСР-2004-В використовують для проєктування споруд житлово-цивільного, промислового і с/г використання, мапа С використовується для особливих, потенційно небезпечних гідротехнічних об’єктів. У 2019 році для підвищення безпеки будівель до ДБН були внесені зміни для житлових і громадських висотних будівель, а також стадіонів, закладів освіти та інших об’єктів зі значним класом наслідків, оновлення сприяють підвищенню сейсмічної надійності та міцності зазначеної архітектури.
Яким чином у ДБН визначаються нормативні показники та рекомендації? Володимир Брунько пояснює: це результат теоретичної та практичної наукової роботи. За допомогою розрахунків і методів будівельної фізики, теоретичної та будівельної механіки тощо аналізуються статичні й динамічні навантаження різного типу і їхній вплив на матеріальну сферу — різні конструкції.
«Є певні правила щодо гармонійних коливань, стосовно центрів тяжіння тощо, — розповідає Володимир Брунько. — Дослідження зосереджені на тому, щоб визначити розрахункові моделі і вказати, які з них мають бути використані під час конструювання і будівництва. Зазначається, якими способами можливо запроєктувати будівлю з погляду конструктивних схем. Наприклад, у контексті сейсміки можливе використання схем, пов’язаних із защемленням будівлі в масиві — тобто реакцією основи цього будинка. Або ж використання певних більш технологічно просунутих рішень, сейсмоізоляції, наприклад компенсаторів різного типу тощо. Сейсміка є прикладом періодичного нетипового навантаження, яке вимагає прийняття відповідних рішень для збільшення надійності споруди. Як правило, це робиться через підвищення значень цього нормативного навантаження. Умовно кажучи, в стаціонарних умовах ми враховуємо навантаження вагою 1 т на 1 м2, а з урахуванням сейсміки — вдвічі більше».
Порівняльні випробування: зліва — звичайна модель будівлі, праворуч — модель, демпфована вертикальною конфігурацією будівлі. Автор візуалізації: Valentin Shustov, wikimedia.org
Олександр Кумейко констатує: відповідаючи на питання про специфіку сейсмостійких споруд, виділити певну окрему особливість досить важко, адже під час проєктування необхідно врахувати низку вимог, що стосуються як проєктних рішень, так і матеріалів, які можна використовувати.
«Якщо говорити більш детально, насамперед є вимоги щодо поверховості й типу конструктивної схеми будівлі залежно від розрахункової сейсмічності майданчика та класу наслідків відповідальності об’єкта. Наприклад, у районі із сейсмічністю 8 балів можна збудувати двадцятиповерховий будинок, це максимум, за умови, що стіни будуть виконані з монолітного залізобетону. Можна і вище і з іншими конструктивними схемами, але за умови погодження обґрунтувань як для об’єкта експериментального будівництва. Тут я вказую найвищу поверховість за використання певної конструктивної схеми.
Якщо ж узяти популярну схему — залізобетонний каркас, — то максимальна поверховість у цьому разі буде дев’ять поверхів. І так можна проходитися по кожному рівню сейсмічності і кожному типу каркасу. Далі йдуть вимоги до планувальних рішень і висоти поверхів, до самих вузлів каркасу і типів матеріалів. Коли всі вимоги враховані, то можна впевнено інвестувати в цю будівлю і жити чи працювати в ній».
«Рекомендації щодо підвищення сейсмостійкості вже зведених будівель є, і вони досить радикальні й дорогі», — Олександр Кумейко
Архітектор продовжує: «Зв’язок між висотністю будівлі і її витривалістю перед силами стихії існує, і досить прямий. Найбільший, звичайно, щодо сейсмічності: чим вище будівля, тим менший рівень стійкості до поштовхів. Проте зазначу, це порівняння передбачає однакові проєктні, архітектурні й конструктивні рішення в обох випадках. Сучасні матеріали й технологічні можливості дозволяють нівелювати вплив як сейсміки, так і інших факторів, питання лише в тому, скільки це коштує. В Україні розроблені норми на будівництво житлових будинків умовною висотою до 100 метрів включно і громадських будівель до 150 метрів включно. Якщо будувати вище, це вже вважається експериментальним будівництвом і потребує отримання індивідуальних технічних умов».
P.M.: Але при цьому небосяги ми вважаємо безпечними.
О. К.: Однозначно, якщо під час проєктування і будівництва враховані всі вимоги щодо сейсмостійкості тощо. Є визначення, яке я вважаю дуже чітким: сильні сторони хмарочосів є їхньою слабкістю, а слабкі — силою. Наприклад, сильною стороною є їхня монументальність, міцність і постійний виклик для розробників матеріалів та інженерних систем. На мою думку, такі будівлі є рушіями прогресу в будівельній сфері. При цьому сильна сторона досить часто є причиною соціальних суперечок, і вартість будівництва гігантів частіше за все є економічно необґрунтованою. Щодо слабких сторін, то, звичайно, це щільність населення або працівників на 1 м2 території. Сюди ж входить необхідна кількість місць для зберігання особистого транспорту, можливості інженерних мереж населеного пункту, в якому розташована така будівля, тощо. При цьому навіть наявність таких «слабких» сторін не може зупинити постійно зростаючу кількість небосягів у густонаселених регіонах Азії. Наприклад, у тому ж Сингапурі чи Гонконгу просто немає вільної землі під забудову, і якби технології сьогодні дозволяли широко будувати вежі висотою від 1000 метрів, у таких регіонах їх би вже всюди будували.
P.M.: Чи можна «на око» оцінити витривалість або міцність споруди? В Туреччині після сумних подій почали викладати фото «вразливих» багатоповерхівок, вказуючи на їхні конструктивні особливості, наприклад менший за площею перший поверх.
О. К.: Так, дійсно, і мене іноді просять зробити висновок на основі «погляду» і вимірів «на око», але цей метод не має нічого спільного з реальністю. Так оцінюють тільки ті, хто не має фахового досвіду в цьому питанні. Будь-яку оцінку можна здійснити, лише вивчивши проєктні рішення і зробивши обстеження. Щодо певних особливостей, зазначених у питанні, — звичайно, це може бути фактором, який зменшує стійкість будівлі, але не вирішальним чи однозначним, бо сейсмостійкість будь-якої будівлі — це завжди комплекс заходів.
Щодо вразливості чи витривалості, можна сказати, що чим більше будівля є симетричною, чим більш правильну форму вона має, тим більше вона є сейсмічно стійкою. Але і це не є однозначним твердженням, тому що і для неправильних форм є рішення, які забезпечують сейсмостійкість. Також не треба забувати про поняття сейсмоізоляції — це конструкції або споруди, що забезпечують ізоляцію будівлі від коливань ґрунту під час землетрусу. І це теж одне з рішень, що може дозволити збудувати міцну «незвичайну» будівлю.
Після землетрусу в турецьких соцмережах багато дискусій щодо безпеки наявної забудови. Наприклад, про цю будівлю складної форми з комерційними приміщеннями на першому поверсі. Джерело фото: www.birgun.net
P.M.: Якщо не брати до уваги певні надзвичайні випадки, на рутинному рівні в містах також відбувається багато подій. Інколи відчуваються вібрації від метро, іншого транспорту. Поряд із наявною забудовою часто розпочинають нові будівництва або реконструкції. Чи це впливає на споруди?
О. К.: Вище я відзначав вплив щільності забудови та насиченості і стану інженерних мереж, як це може впливати, наприклад, на зміну рівня ґрунтових вод. Щодо вібрацій і подібних до них взаємовпливів — для цього нормативами передбачені мінімальні розриви чи охоронні зони між будівлями і спорудами транспорту. І якщо вони враховані, то, швидше за все, таких відчуттів не буде. Звичайно, динамічний вплив є небезпечним для будь-якої конструкції, але за умови, що він діє на неї безпосередньо і з досить великою силою. Чи є вплив від транспорту небезпечним для будівель? Не думаю. Навіть якщо десь ви натрапили на фіксацію руйнівного динамічного впливу на забудову, особливо на історичну будівлю, скоріше за все, це поєднання багатьох чинників одночасно, зокрема «втомленості» конструкцій або їх руйнації, спричиненої іншими факторами.
P.M.: Як виконується експертиза вже наявної забудови на сейсмічну стійкість?
О. К.: Це дуже складний процес і досить відносний. По-перше, необхідно вивчити проєктну документацію на будівлю, якщо вона є. По-друге, виконується інструментальне обстеження будівлі та її вузлів, визначаються характеристики матеріалів, з яких побудований об’єкт. Після цього виконується розрахунок будівлі на стійкість. Результати подібної експертизи важко спрогнозувати, і вони цілком залежать від конкретної будівлі. Хочу зауважити, що в наших нормативах є рекомендації щодо підвищення сейсмостійкості вже зведених будівель, і вони досить радикальні й дорогі. Можу сказати, якщо будівля не є стійкою до сейсмічних впливів, то, мабуть, дешевше буде її знести, ніж привести до ладу.
Витривалість споруд до можливого впливу стихії набуває нових контекстів під час війни, яка триває зараз. Ми бачимо, як під час обстрілів чи бомбардувань одні будівлі значно руйнуються або «складаються», а інші витримують удари чи пожежі з меншими втратами і можуть бути відновлені. Чи буде сейсмічно стійка будівля більш витривалою до інших впливів, наприклад у разі вибуху? Олександр Кумейко пояснює: це дійсно так, сейсмостійкість надає будівлям додаткових можливостей протидіяти руйнуванням.
І під час землетрусів, і під час бомбардувань логіка впливу на будівлю схожа, тому що в обох випадках ідеться про динамічні характеристики
«Під час бойових дій на будівлі може здійснюватися зовнішній вплив обстрілів і вибухів. Звичайно ж, є різна зброя, чинники з відмінними характеристиками, але переважно (якщо, звичайно, не брати до уваги надпотужні бомби чи щось гірше) на будівлю здійснюються локальні впливи, і в більшості випадків вони не призводять до її повного руйнування. Вже багато років у складі проєктної документації ми виконуємо розрахунок на прогресуюче обвалення, і це якраз той розрахунок, яким перевіряється стійкість будівлі до обвалення під час дії на неї локальних руйнівних чинників», — підсумовує Кумейко.
Будівля Миколаївської ВДА, зруйнована російським ракетним обстрілом.
Фото: Євген Савілов / AFP
За словами Володимира Брунька, і під час землетрусів, і під час бомбардувань логіка впливу на будівлю схожа, тому що в обох випадках ідеться про динамічні характеристики.
«Споруда в стандартному режимі, як правило, працює в статичних навантаженнях, де з часом вони не змінюються. Динамічні навантаження інші, цей рух переважно горизонтального типу, і коливаються всі будинки в горизонтальній площині, вони не підстрибують. І при землетрусі, і при вибуховому навантаженні хвиля теж має горизонтальний тип впливу. Але є й відмінності — у значеннях коефіцієнтів динамічності, охопленні споруди тощо. При сейсміці відбувається гарантований вплив на весь будинок одразу, а під час вибуху, як правило, навантаження точкове. Проте, як я вже зазначив, загальна логіка зберігається, і тому споруда, побудована з урахуванням умов сейсмічності, є більш надійною з погляду вибухового навантаження, ніж споруда, спроєктована для нормального режиму експлуатації», — пояснює Володимир Брунько.
Повінь у Прикарпатті, 2020 р. Джерело зображення: www.pravda.com.ua
Зміни клімату як випробування на міцність
Зміни клімату — «скринька Пандори», яка може дати людству багато приводів задуматися про безпеку власного житла. Раніше в розповідях про кліматичні контексти часто оперували фразою «зміни, які відчують наступні покоління», що створювало ефект неясної далекої перспективи. Схоже, цей час минув швидше, ніж хотілося, і тепер справа лише в масштабі цих змін у містах і населених пунктах. Довкілля, реагуючи на стресори, робить донедавна передбачуване для людини непередбачуваним. Створені науковцями мапи змінюються, визначені раніше зони «повзуть» і починають поводити себе інакше. В Україні вони зміщуються з півдня на північ.
Соф’я Садогурська, координаторка кампанії з питань змін клімату Центру екологічних ініціатив «Екодія»
За словами координаторки кампанії з питань змін клімату Центру екологічних ініціатив «Екодія» Соф’ї Садогурської, науковці будують прогнози впливу змін клімату як для світу, так і для території України: вони розробляються для кожного сектора людської діяльності, зазвичай за декількома сценаріями:
- сценарій, якщо країни взагалі не будуть знижувати викиди парникових газів, — і це найгірший варіант, який спричинить найбільші зміни;
- сценарій, коли певні заходи зі зниження викидів вуглецю будуть реалізовані і вдасться втримувати температуру в певних межах;
- найоптимістичніший сценарій, якого вимагає Паризька угода. Обмеження зростання температури в рамках +1,5° C (наразі в Україні ми маємо майже +1,2° C за останні тридцять років).
Науковиця розповідає: зміни клімату, які відбуваються у світі, не тільки не оминають Україну, навпаки, темпи глобального потепління в нашій країні можуть проявлятися швидше, ніж у деяких інших частинах світу: «Одні з найочевидніших наслідків змін клімату, які вже відчувають жителі міст України останніми десятиліттями, — це хвилі тепла, періоди панування високих температур у комплексі з низькою вологістю повітря в теплі пори року».
Інші ситуації з майбутнього українських міст, з якими ми прогнозовано стикнемося до кінця століття, — проблема водозабезпечення та доступу до питної води. Найбільш актуальною вона є для південних регіонів, а також сходу країни. Великі річки, які забезпечують питною водою міста, можуть обміліти на 30%, а малі річки в деяких регіонах ризикують опинитися під загрозою зникнення. Ми пам’ятаємо ситуацію, коли Миколаїв опинився без централізованої подачі питної води: водогін був зруйнований російськими обстрілами. В межах великого міста це справжній колапс, який вимагає перегляду багатьох сценаріїв життя його мешканців і реакції інфраструктури. Уявімо, що населених пунктів зі значним обмеженням водопостачання багато. Скільком людям захочеться жити в таких умовах і де знайти нові, «нормальні»?
Глобальні показники температури та концентрації вуглекислого газу. Джерело зображення: ecoaction.org.ua
Можливі наслідки кліматичної кризи для України. Джерело зображення: ecoaction.org.ua
Наслідки потепління змінюють баланс систем, які здаються нам звичними та зрозумілими. Коли одні регіони матимуть проблеми з водозабезпеченням і посухами, іншим загрожуватимуть повені або локальні підтоплення. Це може відбуватися і з одним і тим самим містом протягом року, через зміни інтенсивності й частоти опадів. За словами науковиці, насамперед така доля може спіткати населені пункти на півночі України — на Поліссі, біля басейну Десни, а також у Карпатах. Інші явища, ґрунт для появи яких людство закладає вже сьогодні, — буревії та пилові бурі, критичні зимові та літні температури, підняття рівня моря (матиме істотний вплив на прибережні території країни).
Соф’я Садогурська: «Населені пункти, які і так стали вразливими через наслідки війни, не повинні бути ще вразливішими через неготовність до змін клімату»
Чи враховуються такі сценарії для українських міст і наскільки ми готуємося до змін клімату? Садогурська наголошує, що адаптація до них є важливим аспектом у плануванні відбудови країни після війни.
«У 2021 році в Україні була прийнята «Стратегія адаптації до зміни клімату», яка передбачає, що адаптація до зміни клімату є вагомою частиною в містоплануванні й має бути відображена в стратегічному плануванні розвитку територіальних громад. Відповідальність місцевої влади — мати такі стратегічні плани, залучати до цих процесів представників громади, експертів і місцеві ГО», — розповідає експертка.
Ризики підвищення рівня моря у 2100 р. для прибережних територій півдня України внаслідок змін клімату. Джерело зображення: ecoaction.org.ua
За її словами, зараз це питання стало ще більш критичним саме в контексті відбудови громад, які постраждали від збройної агресії. «Це один із меседжів, які ми, науковці, особливо підкреслюємо: населені пункти, які і так стали вразливими через наслідки війни, не повинні бути ще вразливішими через неготовність до змін клімату. Дуже важливо, щоб були враховані всі об’єктивні ризики, і ризики від зміни клімату зокрема, коли громада відбудовується».
Підходи «зеленої відбудови» важливі і для іноземних донорів, які беруть участь у відновленні України
Така оцінка має базуватися на наукових даних і моделюванні змін, які відбуватимуться в майбутньому. Розуміючи їх, громади зможуть враховувати, до яких наслідків вони є найбільш вразливими, щоб використати ці знання в плануванні та будівництві. В процесах відбудови фактично це має проявлятися на багатьох рівнях, починаючи від планування зелених і блакитних зон у містах і до використання природоорієнтованих та енергоефективних рішень, вибору матеріалів.
Весняний паводок у парку «Наталка», Київ 2023 р. Фото: Костянтин Сова
«Енергоефективність будинків, наприклад, не лише питання збереження енергії, але й того, що в такому житлі при критично низьких температурах взимку тепліше, а влітку при критично високих температурах і хвилях тепла, відповідно, — прохолодніше, — пояснює Соф’я Садогурська. — Це, зокрема, важлива частина підходу, який називається «зелена відбудова України» і полягає в тому, щоб відбудувати краще, ніж було, і з мінімальним впливом на природу. Відновлення України має відбуватися як за принципом партисипації — із залученням громад, прозорістю процесів, так і з урахуванням сталих підходів, щоб не нашкодити довкіллю і містам ще більше. Це важливо і для іноземних донорів, які беруть участь у відновленні України. Ресурси, які виділяються на відбудову, повинні йти на проєкти, що враховують екологічний складник».
Українські архітектори, проєктувальники, інженери та науковці знають багато про міцність. У сподіваннях PRAGMATIKA — розповідати про неї без згадок про сумні випадки чи небезпеки, натомість висвітлюючи інноваційні рішення, ідеї та проєкти для якісної відбудови. Міцність і безпека наших міст — запорука того, що історія продовжиться.
