Влияние землетрясения на сооружение обычно выражают в форме спектров реакции, которые являются мерой воздействия землетрясения на сооружения, имеющие различные периоды колебаний и коэффициенты затухания (мера жесткости сооружения).

Фундаментная плита.

В работе приведено 29 «нормализованных спектров реакции ускорения», вычисленных на аналоговой вычислительной машине на основе акселерограмм, полученных приборами, установленными в подвалах соответствующих зданий. «Нормализованный спектр реакции ускорения» выражает отношение ускорения единичной массы с одной степенью свободы (приблизительный аналог сооружения) к ускорению грунта при землетрясении в зависимости от периода собственных незатухающих колебаний Т и коэффициента затухания h. Наблюдения проводились на зданиях высотой от 1 до 13 этажей на различных фундаментах (сплошная плита, сваи, опоры глубокого заложения) при зарегистрированных ускорениях землетрясений от 0,0625 до 0,15 g (от 6,25 до 150 галлов).
Фундаментная плита здания 0-4 находится на отметке — 12,0 и опирается на пески средней плотности, ниже которых залегает плотный песок с гравием.

Спектры реакций для обоих зданий весьма похожи. При коэффициенте затухания г=0,05 отношение максимального ускорения гибкой системы к максимальному ускорению грунта q составляет: для здания 0-1 около 4,5, для здания 0-4 примерно 4,2. По спектру реакции для здания 0-4 видно, что пики реакции (Г=0,3 и 0,7 сек) не совпадают с периодом собственных колебаний здания (Г=0,45 сек).

Из рассмотрения спектров реакций этих двух зданий можно сделать вывод, что при возведении зданий на одинаковых грунтах на фундаментной плите или свайных фундаментах на жестких сваях (отношение длины сваи к ее диаметру равно 22) спектры реакций получаются весьма похожими.

Рассмотрим теперь спектры реакций, представленные на рис, 87 и 88 для зданий Т-4 и N-1, расположенных соответственно в Токио и Нагоя. Расстояние от здания Т-4 до эпицентра 53 км, от здания N-1 125 км. Как видно из 87, здание Т-4 имеет плиту на слое глины на отметке — 14,65. Плита опирается
Фундаментная плита здания N-1 находится на отметке — 14,35 и опирается на плотный слой песка и гравия толщиной 7,65 м, ниже которого находится разнородная толща грунтов, включающая слой довольно слабых суглинков толщиной 4 м (N=7— 20 — число ударов стандартной пенетрации).

Спектры реакций в данном случае совершенно различные. Для здания Т-4 спектр реакции весьма похож на рассмотренные выше спектры реакций для зданий 0-1 и 0-4, опирающихся на хорошие грунты через плиту или сваи. Для здания N-1 спектр реакции имеет четыре пика с периодом колебаний от 0,4 до 1,3 сек. При этом максимальное значение q при коэффициенте затухания Л = 0,05 составляет: для здания Т-4 — 3,1; для здания N-1 —3,6. Спектр реакции для здания N-1 показывает, что для надежной оценки работы фундамента очень важно знать характеристики грунтов не только непосредственно под подошвой фундамента, но и грунтов, залегающих на 10 м и более под подошвой фундамента. Это обстоятельство необходимо учитывать при назначении глубин инженерно-геологических скважин для исследования грунтов в сейсмических районах.

Рассмотрим еще нормализованный спектр реакции для 4 этажного здания без подвала (Т-2) на свайных фундаментах из трубчатых составных железобетонных свай диаметром 500 мм, длиной 20 м.
Расстояние до эпицентра 53 км, максимальное ускорение фундамента здания 12,5 галла.
Из 89 видно, что сваи прорезают слабые пылеватые грунты и заглублены на 1,7 м в пески средней и ниже средней плотности.

На спектре реакции имеется только один пик при Г=0,7 сек. Однако максимальное значение q весьма велико и составляет 4,3 при затухании 0,05 и 3,3 при затухании 0,10. Такой характер спектра реакции показывает, что длинные, относительно гибкие висячие сваи применять нецелесообразно, так как это дорого и вместе с тем может вызвать значительные усилия в конструкции здания.

Необходимо также отметить, что в настоящее время помимо весьма прогрессивного направления расчета взаимодействия фундаментов и надземных конструкций при сейсмическом воздействии с использованием спектров реакций, построенных для реальных землетрясений и сооружений, развивается и другое направление — расчет на действие периодической горизонтальной силы с принятием упрощенной динамической модели для надземной части здания.
При этом втором направлении основной физической характеристикой грунта, используемой в расчете, является скорость распространения волн сдвига. Получен ряд общих интересных выводов о влиянии грунтов на работу конструкции. Однако во всех самых современных методах расчета взаимодействия фундамента и сооружения учитывается в лучшем случае влияние грунта, т. е. основания сооружения, а не фундамента на усилия в надземных конструкциях и совсем не учитывается обратное воздействие сооружения на колебания грунта.

В течение последних нескольких лет у нас в стране проведены некоторые экспериментальные работы по определению несущей способности свай при сейсмических воздействиях, что связано с увеличивающимся применением свайных фундаментов в сейсмоопасных районах.

Счетчик