Здания, столь же жесткие, как стальные кубы, остались нетронутыми на растрескавшейся и смятой в складки земле. Были и такие строения, которые наклонялись от толчков, но не растрескались, и их удалось выпрямить домкратом. Научились придавать жесткость не только самим зданиям, но и их внутреннему оборудованию. Если закрепление мебели посредством металлической арматуры и оказалось неосуществимым, то по крайней мере удалось прочно закрепить дверные коробки и оконные рамы, канализационные и водопроводные трубы, нагревательные приборы, осветительную аппаратуру, не говоря уже о штукатурке потолков, один квадратный метр которой, согласно одному американскому докладу, может весить до 39 килограммов.

Единственная трудность, которую не удалось преодолеть сторонникам сейсмостойкой архитектуры, заключалась в следующем: исследования, начатые в Германии в 1930 году и продолженные в США, показали, что у грунта могут быть свои собственные периоды колебаний. Если у здания оказываются случайно точно такие же периоды колебаний, то может возникнуть явление резонанса, способное свалить самое прочное сооружение. Объясним, в чем тут дело. Все знают, что качели при данной длине веревок имеют совершенно определенный период колебаний. Можно увеличить или уменьшить амплитуду, но нельзя изменить продолжительность ьтих колебаний. Если раскачивать качели в одном темпе, то есть сообщить им импульс, отвечающий периоду их собственных колебаний, то амплитуда этих колебаний все больше и больше увеличивается. В этом случае говорят, что качели «резонируют». Явление резонанса имеет очень важное значение и может даже привести к катастрофе. В 1850 году около Анжера полк, не нарушая размеренного шага, вступил на подвесной мост. Период шагов совпал с периодом колебаний моста. И тут произошло то же, что случается с качелями: мост начал раскачиваться все сильнее и сильнее, пока его колебания не стали столь значительными, что тросы лопнули и солдаты очутились в воде.

Ну так вот, исследования периодов колебаний, проводившиеся в США в 1935–1940 годах, показали, что вибрации «резонирующего» здания при повторных импульсах могут привести к его разлому. Как бороться с этой угрозой, еще не найдено. К счастью, в действительности к периоду колебаний здания присовокупляются колебания различных его элементов — каркаса, балок, полов и т. д., — и они взаимно погашаются.

Не думайте, что удовлетворение такого требования, как жесткость здания, совсем уж простая проблема. В самом деле, исследования, связанные с сейсмостойкостью, сопровождались не только опытами, но и потоком математических и инженерных выкладок. Ученые обнаружили, что эту проблему надо решать не только в статике, но и в динамике и что подземный толчок — сам по себе явление значительно более сложное, чем думали раньше.

Разумеется, мы не станем здесь излагать все детали математических вычислений и сложных анализов и ограничимся лишь теми выводами, к которым пришли специалисты. Теперь эти выводы кладутся в основу проектирования всех сейсмостойких сооружений.

Прежде всего отметим, что сейсмостойкое сооружение должно проектироваться совсем не так, как обычное. Последнее несет главным образом вертикальные нагрузки. Идет ли здесь речь о жилом доме, мосте или водонапорной башне, жесткость должна с особенной тщательностью обеспечиваться по вертикальной компоненте. Надо рассчитать так, чтобы пол десятого этажа не рухнул, если на него поставят рояль или несгораемый шкаф. Что касается горизонтального сопротивления, то здесь не приходится бояться ни перегрузки, ни ударов, разве только давления сильных ветров. В данном случае вместо каменной стены можно обойтись цементной, прикрепленной к металлическому каркасу.

Между тем при землетрясении разрушительной бывает именно горизонтальная компонента удара. Она измеряется ускорением, то есть сантиметрами на секунду в квадрате. Этим показателем пользуются для оценки сейсмостойкости строений. Мы не будем вдаваться в эти малозанимательные сухие подробности, но скажем все же, что именно ускорение толчка в данном месте определяет интенсивность землетрясения. Например, землетрясение с интенсивностью V соответствует ускорению, равному 0,015 ускорения силы тяжести (то есть 0,015 g); с интенсивностью X — 0,7 g, а с интенсивностью XII — 3 g.

Остается выяснить, к каким практическим выводам могут прийти архитекторы после таких вычислений? В первую очередь потребовалось конечно, создать приборы для измерения ускорений. Конструкторы использовали небольшие сейсмографы с очень малым периодом (0,1 секунды). Затем они преобразовали эти приборы в акселографы, которые дают на ленте фотографической бумаги графическое изображение ускорений. Акселографы были установлены на различных этажах жилых зданий.

Посредством приборов установили, что ускорение гораздо сильнее на верхних этажах, чем внизу (хотя в этом не сомневались и раньше), причем в среднем оно составляло 0,05–0,25 ускорения силы тяжести.

Отсюда вывели правило, согласно которому горизонтальное сопротивление, которое следует придать строению, должно равняться 0,1 его веса. Подтвердилось, что железобетон, позволяющий строить исключительно прочные здания, следует признать лучшим строительным материалом. И действительно, построенные из железобетона дома выдерживали толчки с интенсивностью VIII и даже IX. Это, впрочем, не означает, что можно возводить небоскребы в районе сильных сейсмических возмущений. Такое строительство было бы неоправданным прежде всего потому, что еще не умеют рассчитать все последствия толчка интенсивностью более X. Кроме того, сильная сейсмическая активность свойственна районам, сложенным нестойкими породами, где, за исключением зданий с очень глубоко заложенным фундаментом, сооружения не могут безнаказанно выдержать большого сотрясения.

Но как же поступать, если нельзя строить из железобетона? В этом случае самым безопасным материалом будет дерево. Надо только возводить прочные стены и потолок и уменьшить размеры дверей и окон. Необходимо также изолировать дымоходы от крыш, с тем чтобы они при сотрясениях раскачивались, не задевая кровлю, наподобие астатического маятника.

При соблюдении этих строительных правил здание можно считать сейсмостойким, но не несгораемым. Впрочем, нам уже известно, что несгораемых сооружений нет.

Судя по последним страницам, наша книга как будто меняет направление. Вместо того чтобы ограничиться сферой чистой наук», гордо пренебрегающей житейскими заботами, мы вдруг занялись такими вопросами, как строительство, каменная кладка и качество строительных материалов.

«Как мы отвлеклись от теоретической геофизик» и как печально, что белоснежное одеяние науки пачкается от соприкосновения с известкой», — может быть, вздохнет кто-нибудь из читателей. Пусть не обижаются на нас защитники «башни из слоновой кости», если мы решительно заявляем, что именно сейсмология — характерный прототип современной науки. Весьма желательно, чтобы наука неустанно преследовала неуловимую истину, но во сто крат увеличатся ее заслуги, если она снизойдет со своей высоты, задумается над жизнью человека и смиренно займется улучшением его участи!

И ученые это понимают: геологи, математики и физики, исследовавшие недра земного шара, стали одновременно консультантами, дающими советы инженерам, строителям и архитекторам. Такая их роль может показаться второстепенной тем, кто проживает в привилегированных несейсмических странах. Но как неизмеримо возрастает значение этой деятельности в глазах японцев, чилийцев или жителей некоторых средиземноморских стран. Будьте уверены, что ученые не теряют их уважения, когда рассуждают о сейсмостойких сооружениях, определяют границы опасных зон или пытаются предугадать землетрясения.

Предугадать землетрясения! Ниже мы покажем, как обстоит дело с этой задачей, но вы, вероятно, уже догадались, что она еще далеко не разрешена. Если теория сейсмостойкости сооружений в основном разработана, то на практике она далеко не обеспечена. Это достижение будет реализовано только тогда, когда население сейсмических районов получит возможность жить в домах, построенных в стиле XXI века, которым не страшны ни землетрясения, ни пожары. Невежество и бедность — вот что до сих пор не позволяло уберечься от опасности землетрясения. Почему до сих пор не страхуются от землетрясений? Ведь страхуются же от штормов, и. страховые компании готовы в этих случаях трезво оценивать риск. К сожалению, иное отношение проявляется к землетрясениям. Условия страхования и сумму страховой премии можно уточнить лишь тогда, когда статистические данные позволяют дать точную количественную оценку вероятности ущерба. Что касается страхования жизни, то всем известно, какими точными стали статистические данные по этому вопросу, достоверность которых проверена в течение трех столетий на миллионах случаев. Но статистика землетрясений ведется менее 200 лет и учитывает множество слабых толчков. Когда нужно застраховаться от разрушительных землетрясений, все подсчеты оказываются несостоятельными.