Геология и Геофизика Юга РоссииГеология и Геофизика Юга России2221-3198Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный научный центр "Владикавказский научный центр Российской академии наук"130310.46698/a1779-6138-3406-aГеофизикаИнженерно-сейсмометрические сети, как геофизический метод контроля воздействий опасных природно-техногенных процессов на урбанизированные территорииКапустянН.К.nkapustian@gmail.comЗаалишвилиВ.Б.vzaal@mail.ruМельковД.А.АкбиевР.Т.akbi.rust@gmail.comМерзликинТ.И.МорозоваТ.В.t.morozova22@yandex.ruИнститут физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Россия, 123995, г. Москва, ул. Б. Грузинская, 10, стр. 1Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а; Центральный научно-исследовательский и проектный институт Минстроя России, Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 29; Евразийская СЕЙСМО Ассоциация, Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 29Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93аЦентральный научно-исследовательский и проектный институт Минстроя России, Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 29; Евразийская СЕЙСМО Ассоциация, Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 29Центральный научно-исследовательский и проектный институт Минстроя России, Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 29; АНО «СРОСЭКСПЕРТИЗА», Россия, 119331, г. Москва, пр. Вернадского, 293012202546077Copyright (c) 2025 Геология и геофизика Юга России2025Геология и геофизика Юга России<p>Получение достоверной информации о сейсмостойкости существующей застройки в настоящее время является наиболее актуальной задачей. Это, в первую очередь, касается застройки, сформированной из многоквартирных зданий 1960–1980-х гг. постройки. Целью работы является выявление наиболее важных особенностей поведения зданий и сооружений при природно-техногенных воздействиях, не учитываемых Нормами, что исключает учет изменения параметров при задании «критических значений» на стадии проектирования. Методы. Экспериментальное исследование позволяет наиболее надежно определять безопасный потенциал здания, сооружения или любой физической системы при сейсмических, динамических и иных нагрузках. Это обусловило использование результатов мониторинга движений объектов, обусловленных природными и техногенными воздействиями. Результаты. Дается обзор развития инженерных сейсмометрических сетей, рассматриваются особенности установки станций, исходя не только из особенностей строительных конструкций, но и особенностей грунтовых условий. Необходимость паспортизации застройки, при которой важнейшими задачами являются оценка реальной сейсмостойкости существующих конструкций и степени износа, должна быть основана на современных технологиях мониторинга с централизованным сбором данных для совершенствования нормативной базы и экономически эффективного инструментального обследования большого количества зданий.</p>impactsinstrumental monitoringengineering seismometric networkbuildingseismic resistancephysical deteriorationвоздействияинструментальный мониторингинженерно-сейсмометрическая сетьзастройкасейсмостойкостьфизический износ<p>Введение</p> <p> Землетрясения являются одним из наиболее опасных природных явлений, при- водящих к колоссальным потерям и массовой гибели людей. При этом к таким по- следствиям приводят не сами землетрясения, а разрушения зданий и сооружений. Половина федеральных округов Российской Федерации занимает 70 % территории страны, при этом более трети субъектов России, входящих в эти округа расположе- ны на сейсмоопасных территориях.</p> <p>Достоверная информация о сейсмостойкости сложившейся застройки на сейс- моопасных территориях отсутствует. Тем более, в условиях природно-техногенных процессов. Особенно это касается застройки, сформированной из многоквартир- ных зданий 1960–1980-х гг. постройки, которая превышает 500 млн м2 в четырех федеральных округах Российской Федерации. По экспертным оценкам на эти мно- гоквартирные дома приходится порядка 200 млн м2 зданий с дефицитом сейсмо- стойкости и около 26 млн м2 находящихся в ограниченно работоспособном состоя- нии, и именно они станут главной угрозой для жизни и здоровья населения в случае возникновения сильных землетрясений.</p> <p>Только в прошлом столетии на сейсмоопасных территориях СССР и современ- ной России произошло шесть разрушительных землетрясений, погибло около 200 тыс. человек, был нанесен огромный экономический ущерб, сопоставимый с ущер- бом от военных действий. </p> <p>После каждого разрушительного землетрясения происходит совершенствова- ние строительных норм, принимаются меры по снижению будущих ущербов. </p> <p>После Ташкентского землетрясения 1966 г. в СССР на урбанизированных тер- риториях в крупных городах и столицах союзных республик, расположенных в сейсмически опасных регионах, с 1970 г. в союзных республиках были органи- зованы инженерно-сейсмометрические станции (ИСС), которые располагались в зданиях и сооружениях. Особое значение имело то обстоятельство, что при этом изучалось поведение застройки в различных грунтовых условиях (инженерно- геологические, геоморфологические и гидрогеологические условия). На Кавказе такие наблюдения велись, в основном, на Южном Кавказе (Азербайджан, Арме- ния, Грузия), в Иране и Турции [Zaalishvili, 2001; Zaalishvili et al., 2001]. Высо- кая сейсмическая активность Южного Кавказа обуславливала такой приоритет. На Северном Кавказе аналогичные наблюдения, проводились в Махачкале (Даге- стан) и в Сочи.</p> <p></p> <p>Методология исследований</p> <p> Экспериментальное исследование позволяет наиболее надежно определять без- опасный потенциал здания, сооружения или любой физической системы при сейс- мических, динамических и иных нагрузках. Это обусловило использование резуль- татов мониторинга движений объектов, обусловленных природными и техногенны- ми воздействиями.</p> <p>Известно, что именно экспериментальное исследование при его правильном планировании и корректном анализе полученных данных позволяет наиболее на- дежно определять безопасный потенциал здания, сооружения или любой физиче-</p> <p></p> <p>ской системы при сейсмических, динамических и иных нагрузках. Современная методика расчета на сейсмостойкость зданий и сооружений основана на спектраль- ной теории. Основными данными последней являются спектры коэффициентов ди- намичности и формы колебаний зданий и сооружений, полученные при сильных землетрясениях [Bektas¸ Kegyes-Brassai, 2023]. В связи с указанным обстоятель- ством одной из основных задач на современном этапе развития теории сейсмостой- кости является получение в достаточном количестве данных по колебаниям зданий и сооружений при сильных землетрясениях [Domaneschi et al., 2017; Mangalathu et al., 2020]. Задачей инженерно-сейсмометрической службы (ИСС) является полу- чение информации о колебаниях сооружений и прилегающих участков грунта при землетрясениях [Рекомендации … , 1984].</p> <p> Инженерно-сейсмометрические станции в Грузии</p> <p>В соответствии с постановлением Госкомитетов по науке и технике и строитель- ству Совета Министров СССР, а также и Президиума Академии наук СССР за № 116/2 от 1967 г. на территории г. Тбилиси как столицы Грузинской ССР в начальный период намечалась организация 6-ти инженерно-сейсмометрических станций.</p> <p>Ко времени принятия постановления Совета Министров Груз. ССР о выделении Институту строительной механики и сейсмостойкости (ИСМИС) АН Груз. ССР по- мещений в зданиях жилых домов и проектных институтов в г. Тбилиси для орга- низации в них инженерно-сейсмометрических станций (ИСС), в новых застраива- емых районах города возводились в основном 8-этажные крупноблочные и 9-этаж- ные крупнопанельные жилые здания и в старых районах – 10–15-этажные произ- водственные железобетонные здания каркасного типа.</p> <p>Грунтами основания зданий являлись коренные породы и глинистые грунты разной мощности, фундированные в зависимости от вида и состояния грунтов ос- нований на ленточных фундаментах или на плитах.</p> <p>Инженерно-сейсмометрические станции в числе 10 (9 станций в г. Тбилиси и одна в г. Гори), начиная с 1970 г., были размещены в жилых и административно- производственных зданиях различных типовых конструкций.</p> <p>Инженерно-сейсмометрическая станция ИИС 9 была установлена в районе но- востроек «Цминда-Цкали» города Гори. Участок находится на территории первой левой надпойменной террасы р. Лиахви, сложенной мощной толщей обводненных галечников, покрытых тонким слоем суглинков.</p> <p>Грунтами основания здания являются галечники с редкими валунами с пес- чаным заполнителем в количестве 15−30 %. Уровень грунтовых вод залегает на глубине 2,0−2,2 м от планировочной отметки. Здание представляет собой крупно- панельный трехсекционный 40-квартирный пятиэтажный жилой дом с чердачным перекрытием из сборных железобетонных плит. Фундаменты ленточные железо- бетонные заглубленные на 2,6 м от планировочной отметки. Крыша плоская, двух- скатная к средней части здания.</p> <p>В плане здание размером 59,4×10,5 м. Высота здания 18,0 м. Общий вид здания и вертикальный разрез приведены на рисунке 1.</p> <p></p> <p><img width="270" height="200" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_086.jpg" /></p> <p><img width="213" height="199" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_087.jpg" /></p> <p>а) б)</p> <p>Рис. 1. Общий вид (а) и вертикальный разрез (б) здания ИСС № 9 / Fig. 1. General view (a) and vertical section (b) of the ISS No. 9 building</p> <p></p> <p>Измерительный пункт № 1 расположен во дворе на расстоянии 20 м от здания в специальной камере, заглубленной в грунты основания здания. В бункере (грунто- вая точка) повышенная влажность из-за просачивания грунтовых вод. Измеритель- ный пункт № 2 расположен в комнате на перекрытии первого этажа. Измеритель- ный пункт № 3 размещен в чердачном помещении на перекрытии в специальной камере. Все пункты были оснащены сейсмическими приемниками: ВБП-3, С5С, СПМ-16 по осям <i>x, y, z и </i>ВЭГИК для запуска станции (рис. 2).</p> <p>Регистрационный узел станции (рис. 2б) расположен в комнате первого этажа, рядом с измерительным пунктом № 1 и был оснащен приборами: осциллограф Н041 (4 шт.), гальванометр ГБ-IV (24 шт.), шунтовая коробка ШК-2 (4 шт.). Запуск системы осциллографов производится электронным пусковым устройством типа ПУ-1 с получением сигнала от сейсмоприемника типа ВЭГИК, расположенного в измерительном пункте № 1 и ориентированного по оси <i>х</i>. Время отработки станции после запуска 20 с. Скорость протяжки бумаги v=40 мм/с.</p> <p>С целью устранения помех во время записи колебаний здания при землетрясе- ниях осциллографы были установлены и закреплены на пружинах в специальном каркасе. Осциллографы снабжены гальванометрами типа ГБ-1У-10 и работали в ждущем режиме.</p> <p><img width="224" height="213" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_088.jpg" /> а) <img width="152" height="213" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_089.jpg" /> б)</p> <p>Рис. 2. Измерительный пункт (фото В.Б. Заалишвили, 2009) (а), регистрационный узел станции ИСС № 9 (б) /</p> <p>Fig. 2. Measuring point (photo by V.B. Zaalishvili, 2009) (a), registration unit of ISS station No. 9 (b)</p> <p></p> <p>Станцией была получена аналоговая запись Рачинского землетрясения (29.04.1991 г.) (рис. 3). Для записи использовались сейсмоприемники ОСП-2. За- пуск системы осциллографов производился электронным пусковым устройством типа ПУ-1 с получением сигнала от сейсмоприемника, расположенного в изме- рительном пункте № 1. По техническим причинам Х-компонента измерительного пункта № 1 не сработала.</p> <p></p> <p><img width="336" height="170" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_090.jpg" /></p> <p>Рис. 3. Запись Рачинского землетрясения, полученная ИСС г. Гори /</p> <p>Fig. 3. Recording of the Racha earthquake obtained by the engineering-seismological network of Gori</p> <p></p> <p>Для оцифровки аналоговых записей в ГФИ ВНЦ РАН разработан специальный алгоритм. Данный алгоритм был апробирован при оцифровке сейсмических запи- сей схода ледника Колка 20 сентября 2002 года, полученных аналоговыми стан- циями России и Грузии. Результаты оцифровки представлены на рисунке 4. Далее строились спектры колебаний. Наибольший интерес представляла Y-компонента, т.к. она единственная горизонтальная компонента, записанная на всех трех изме- рительных пунктах. Наблюдается соответствие преобладающих частот (периодов) колебаний собственной частоте здания равной 4 Гц (0,25 с).</p> <p><img width="279" height="320" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_091.jpg" /></p> <p>Рис. 4. Оцифрованные записи Рачинского землетрясения, полученные на инженерно-сейсмометрической станции ИСС 9 /</p> <p>Fig. 4. Digitized records of the Racha earthquake obtained at the ISS 9 engineering seismometric station</p> <p></p> <p>Спектр реакции (ответа) ‒ один из наиболее важных и широко используемых параметров в теории и практике расчетов сооружений на сейсмостойкость. Пред- ложенная более 80 лет назад, в настоящее время, концепция используется прак- тически во всех зарубежных нормативных документах и руководствах по расчету сооружений на сейсмостойкость.</p> <p>Спектр реакции представляет собой зависимость максимальных амплитуд сме- щений (скоростей, ускорений) от периодов собственных колебаний системы с одной степенью свободы и позволяет оценивать реакцию системы (период собственных колебаний) на заданные сейсмические воздействия или огибающую сейсмических воздействий [Чернов, 2023, 2024]. В частности, в СНиП II-7-81* [Строительные</p> <p>..., 2000] или в его актуализированной версии введено понятие «спектрального ко- эффициента динамичности» – β, который представляет собой отношение спектра реакции к максимальной амплитуде входящего воздействия.</p> <p>По записи Рачинского землетрясения, записанной непосредственно на грунтах, был построен спектр реакции в диапазоне 0‒10 с (рисунок 5а).</p> <p><img width="257" height="192" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_092.jpg" /></p> <p><img width="257" height="192" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_093.jpg" /></p> <p>Полученные записи реакции одномассового осциллятора на внешнее воздей- ствие сравнивались с инструментальной записью на чердачном перекрытии рассма- триваемого здания. Для этого были построены спектры этих записей (рисунок 5б). Наибольшее совпадение спектра расчетной записи со спектром инструментальной наблюдается для коэффициента демпфирования ξ=0,05. Именно это значение, как правило, используется в практике сейсмостойкого строительства при расчете спек- тров реакции для зданий данного типа.</p> <p></p> <p>а) б)</p> <p>Рис. 5. Спектр реакции при различных значениях коэффициента демпфирования / Fig. 6. Response spectrum for different damping coefficient values</p> <p></p> <p>Соответствие реакции одномассового осциллятора записям реального землетря- сения показывает, что крупнопанельные здания являются жесткими конструкциями и, в первом приближении, с достаточной точностью могут рассматриваться в каче- стве одномассового осциллятора (во всяком случае, при этажности в пределах пяти).</p> <p> Инженерно-сейсмометрические наблюдения на высотных зданиях в Москве</p> <p>Одним из направлений обследования здания является разработка методов ана- лиза колебаний зданий. Развитие аппаратурных и вычислительных средств позво- лило при обследовании конструкций перейти от использования вынужденных ко- лебаний (от вибромашин, взрывов, землетрясений) к регистрации микроколебаний,</p> <p></p> <p>возбуждаемых микросейсмами и ветровыми пульсациями (Патент RU 2242026 С1, 15.01.2004) [Острецов и др., 2004].</p> <p>Возведение в Москве современных высотных зданий потребовало использова- ния монолитных железобетонных конструкций, а не стальных (московские высот- ки 1950-х гг.) и в сложных грунтовых условиях широкого применения специальных плитных фундаментных конструкций. Немаловажным является необычное для ми- ровой практики высотного строительства превалирование ветровых нагрузок над сейсмическими, что характерно для Русской платформы [Николаев и др., 2006]. К особенностям строительства можно также отнести достаточно сложные архитек- турные объемно-планировочные решения зданий, создающие контрастную мозаи- ку напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих конструкций.</p> <p>Уточнение надежности принимаемых проектных решений потребовало прове- дения специализированных исследований, причем не на моделях или отдельных элементах конструкций, а натурных, для реальных зданий. По существу, была воз- рождена практика детального обследования работы конструкций (например, ис- следования Л.И. Корчинского при строительстве московских высоток 1950-х гг.). Отметим, что проведение таких работ было начато АО «ЦНИИЭП жилища» еще до появления концепции мониторинга высотных зданий. Накопленный к тому мо- менту опыт обследования высотных зданий позволил АО «ЦНИИЭП жилища» вы- ступить в качестве головной организации при разработке соответствующих норма- тивов (например, МГСН 4.19-2005). Требования безопасности при строительстве и эксплуатации зданий обусловили создание ряда инструкций и нормативов не в результате традиционного обобщения опыта, а на основании модельных и теорети- ческих представлений. В связи с этим, АО «ЦНИИЭП жилища», опираясь на уже полученные экспериментальные данные, выступал с критикой отдельных положе- ний документов (например, устройство пунктов измерения колебаний каждые 5 этажей). Естественно, часть требований принятых документов оказалась излишней, другие важные моменты не были учтены, что привело к фактической отмене МГСН 4.19-2005 с заменой этих норм на ряд других. Опыт показал, что более эффективно регулировать безопасность при строительстве более общими документами – Феде- ральным законом (например, ФЗ № 384), ГОСТ Р 22.1.12-2005 (Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений</p> <p>– СМИС), а для каждого, по существу, индивидуального высотного здания или ино- го сложного сооружения разрабатывать Специальные технические условия (СТУ), в которых указываются виды мониторинга.</p> <p>Этот путь, хотя и оказался более совершенным, но тоже не свободным от недо- статков, которые проявляются, в первую очередь, в разделе СМИС, посвященном мониторингу конструкций (СМИК). Иллюстрацией является требование СМИК назначения уже в процессе проектирования «критических» значений контролиру- емых параметров, превышение которых является угрозой безопасности. Ясно, что, например, значения НДС, закладываемые в проект, и реальные различаются, хотя бы за счет обязательного запаса. Кроме того, требования этих норм не учитывают изменения параметров во времени, прежде всего, температурных. Следует учиты- вать также разброс в показаниях разных датчиков (особенно при измерении НДС), связанный с условиями их установки, например, необходимость «выставления» нулевого уровня. Мониторинг требует настройки после установки датчиков, «кри- тические» значения не могут быть определены до их монтажа, т.е. при проектиро- </p> <p></p> <p>вании. Все эти особенности становятся ясными только после выполнения работ по мониторингу и обследованию зданий и анализа экспериментальных результатов.</p> <p>Изменение состояния конструкций во времени</p> <p>Мониторинг выполнялся как в процессе строительства, так и при эксплуатации. Ниже анализируются результаты, не связанные с ростом этажности, в частности, при монтаже конструкций тогда, когда возведение здания не проводилось – при длительной (более года) остановке строительства и после его завершения. Проана- лизируем изменение во времени трех типов параметров: собственных частот коле- баний, деформаций основных несущих надземых конструкций и давления на грунт под фундаментной плитой.</p> <p>Временной ход собственных частот колебаний здания иллюстрируется уни- кальными данными, полученными при мониторинге 44-этажного жилого дома</p> <p>«Эдельвейс» на Давыдковской ул. в Москве. Анализируется 12-летний ход, наблю- дения начаты после завершения строительства в 2004 г. и ведутся по настоящее вре- мя с шагом по времени в 10 дней. Станция мониторинга расположена на 44-м эта- же, ведется сейсмометрическая регистрация колебаний по трем направлениям (по осям плана и вертикали), а также пульсаций давления микробарографом у фасада [Острецов и др., 2005]. Существенно, что для выполнения этих работ был разрабо- тан оригинальный аппаратурно-программный комплекс, который тиражировался и использовался для обследования состояния зданий – как пострадавших в результа- те аварий, так и архитектурных памятников [Антоновская и др., 2008].</p> <p>На рисунке 6 приведены графики временного хода для основных собственных</p> <h4 style="padding-top: 4pt;padding-left: 99pt;text-indent: 0pt;text-align: left;">частот колебаний этого здания по разным осям плана f1 , f 2 . Отметим важные осо-</h4> <p>бенности кривых, существенные для понимания работы конструкций и для воз- можности выполнения нормативов (требования задания «критических» значений):</p> <ul id="l13"> <li style="padding-left: 99pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>значения частот собственных колебаний меняются во времени, основной тренд – убывание величин, на который накладываются периодические вариации;</p> </li> <li style="padding-left: 99pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>уравнение кривой основного тренда изменения частот также меняется во вре- мени, изменения становятся все более слабыми. Тем не менее, значения частот из- менились от первоначальных частот более чем на 20 %;</p> </li> <li style="padding-left: 99pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>после устранения тренда путем подбора аппроксимирующей кривой и ее вы- читания, остается квазипериодический ход, соответствующий по времени и вели- чинам сезонным температурным вариациям (расширению-сжатию монолитного железобетонного здания в целом), размах вариаций значений частоты – 2‒3 %.</p> </li> </ul> <p>В течение примерно одного года после завершения строительства, уменьшение частоты колебаний было связано с осадками здания и формированием, так называ- емой присоединенной массы грунта к фундаментной плите [Острецов и др., 2006]. Дальнейшее уменьшение частоты может быть объяснено явлением ползучести бе- тона. В настоящее время существует несколько моделей ползучести, дающих раз- ную зависимость частоты от времени. Сравнение кривых для набора моделей и экспериментально полученного тренда позволяет подобрать наиболее подходящую модель ползучести и, тем самым, верифицировать теоретические представления [Капустян и др., 2013]. Необходимо отметить, что модели ползучести были предло- жены исключительно на основании результатов испытаний относительно неболь- ших железобетонных изделий. Состояние материала реального здания оценивалось впервые.</p> <p></p> <p><img width="278" height="292" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_094.jpg" /></p> <p></p> <p>Рис. 6. Изменения во времени собственных частот колебаний высотного 44-этажного здания</p> <p>«Эдельвейс» в Москве ( f1 , f 2 – сплошные и полые кружки соответственно) и вычисленные линии тренда (вверху), внизу – с вычитанием линии тренда [Капустян и др., 2013] /</p> <p>Fig. 6. Changes over time in the natural frequencies of vibrations of the 44-story high-rise building “Edelweiss” in Moscow (solid and hollow circles, respectively) and calculated trend lines (top), bottom – with the subtraction of the trend line [Kapustyan et al., 2013]</p> <p></p> <p>Приведенный пример показывает, что задать «критические значения» при про- ектировании крайне сложно, более реальна длительная настройка мониторинга собственных колебаний, т.к. требуется учет будущих температурных вариаций и недостаточно хорошо изученного процесса ползучести. На основании нашего опы- та и анализа литературных данных складывается представление о том, что исполь- зование значений собственных частот более эффективно не для мониторинга, а для обследования здания (пример приведен ниже).</p> <p>Изменение НДС конструкций определяется путем установки деформометров. Для мониторинга высотного 48-этажного здания «Континенталь» на пр. Маршала Жукова в Москве была установлена сеть деформометров фирмы Sisgeo (Италия) в фундаментной плите, в стенах и пилонах первого этажа [Острецов и др., 2008]. Помимо решения многих методических вопросов, связанных с правильной уста- новкой датчиков, их настройкой и определением временного шага снятия показа- ний [Таракановский и др., 2010], были получены данные о работе конструкций при строительстве и эксплуатации; остановимся на главных результатах:</p> <p>– мониторинг в процессе возведения, для оценки НДС характеризующийся из- вестным законом роста нагрузок (график строительства), позволяет верифициро- вать показания датчиков и отсеять «плохие». Наиболее информативными для оцен- ки состояния конструкций являются датчики в пилонах, т.к. их показания связаны достаточно простыми зависимостями с изменением нагрузок. Показания датчиков в стенах и, тем более, в фундаментной плите отображают перераспределение на- пряжений между конструкциями, а для фундаментной плиты – также и между зда- нием и грунтом. Таким образом, установка датчиков деформации в стенах и фунда- ментной плите малоэффективна для мониторинга;</p> <p></p> <p>– деформометры в пилонах (как правило, нижних этажей) являются эффектив- ным инструментом мониторинга – они позволяют измерять деформации, которые соответствуют прилагаемым нагрузкам, причем величины достаточно хорошо со- гласуются с проектными значениями. Это положение хорошо иллюстрирует рису- нок 7, где показан в сравнении с расчетными кривыми временной ход деформаций в пилонах 1-го этажа при мониторинге в процессе строительства (рост нагрузок) и при его остановке на год. Обратим внимание на ярко выраженный сезонный темпе- ратурный ход при остановке строительства, составляющий до 20 %. Такие большие вариации получены из-за того, что строительство не было завершено, конструкции были подвержены внешним атмосферным воздействиям. Расчет температурных де- формаций соответствует экспериментально полученным данным.</p> <p></p> <p><img width="448" height="330" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_095.jpg" /></p> <p>Рис. 7. Изменение во времени деформаций в пилонах 1-го этажа высотного корпуса</p> <p>«Континенталь», Москва: вверху – в сравнении с расчетными значениями, внизу – вариации при остановке строительства /</p> <p>Fig. 7. Changes in deformations over time in the pylons of the 1st floor of the Continental high-rise building, Moscow: top – in comparison with the calculated values, bottom – variations</p> <p>when construction was stopped</p> <p></p> <p>Пространственно-временные изменения параметров при мониторинге, взаимодействие здания с грунтами основания</p> <p>В отличие от закономерностей работы конструкций, которые в основном из- вестны и предсказуемы, состояние грунтов основания определяется значительно более сложными закономерностями и многими факторами (геологическим строе- нием, гидрологией, распределением нагрузок и пр.). Одним из способов получения пространственно-временной картины НДС на контакте фундаментная плита-грунт является установка сети датчиков давления на грунт [Заалишвили и др., 2022].</p> <p>Для высотных зданий, возведенных по проектам Института, с плитной фунда- ментной конструкцией была реализована схема мониторинга с датчиками давления</p> <p></p> <p>под плитой. Наиболее представительные результаты получены для рассматривав- шегося выше объекта «Континенталь». На рисунке 8 приведена картина изменения во времени величин разности между реальными и расчетными значениями давле- ния на грунт при строительстве дома. Отчетливо видно следующее:</p> <ul id="l14"> <li style="padding-left: 70pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>превышение реальных нагрузок над расчетными наблюдается тогда, когда зда- ние из «высокого» становится «высотным», т.е. количество этажей проходит рубеж более 20 этажей. Незначительное увеличение при 8 этажах соответствует отпору грунта при большом котловане здания. Отметим, что регистрация отпора грунта показывает чувствительность методики;</p> </li> <li style="padding-left: 70pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>яркое пятно больших реальных давлений достаточно компактно и соответ- ствует зоне, в которой была зафиксирована повышенная фильтрация воды из-за раз- мыкания стены в грунте;</p> </li> <li style="padding-left: 70pt;text-indent: 17pt;text-align: justify;"> <p>по абсолютным величинам отмеченная разница невелика – 100 кПа, что со- ставляет не более 20 % от значения давления в этой зоне.</p> </li> </ul> <p></p> <p><img width="549" height="280" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_096.png" /></p> <p>Рис. 8. Мониторинг в процессе строительства: вверху поля разностей между реальными и расчетными значениями давления на грунт под фундаментной плитой, внизу – соответствующие этапы возведения, «Континенталь», Москва /</p> <p>Fig. 8. Monitoring during construction: at the top are the fields of differences between the actual and calculated values of pressure on the ground under the foundation slab, at the bottom are the corresponding stages of construction, Continental, Moscow</p> <p></p> <p>Важным вопросом осуществления безопасности здания по результатам монито- ринга является выяснение того, как быстро проявляются изменения параметров в зависимости от природы происходящих процессов. Известно, что здание находит- ся постоянно в изменении, например, перемещения вследствие ветровых нагрузок, особенно в верхней части здания, могут быть достаточно большими, но это не опас- ный процесс. Рассмотрим связь величин давления на грунт и осадки здания – явно взаимосвязанных параметров. На рисунке 10 приведены три кривые, построенные по данным с датчиков давления на грунт и со скважинных датчиков осадок, располо- женных по диагонали фундаментной плиты, причем одна точка (2) – под высотной частью здания. Кривые подобны по форме, но демонстрируют достаточно сложную зависимость, отличающуюся от ожидаемого «плавного хода». Например, отчетливо</p> <p></p> <p>видна ситуация, когда давление растет, а осадки нет или она даже уменьшается. Это происходит на ранних стадиях строительства и соответствует отпору грунта.</p> <p>Для того чтобы понять с чем связаны отклонения от плавного хода, была про- ведена процедура вычисления тренда (плавного хода, например, показан пункти- ром для кривой 2 на рисунке 9) и отклонений от него (флуктуаций давления). Су- щественно, что для каждого датчика будет свой тренд и свой набор флуктуаций. Нами анализировались карты трендов и флуктуаций, т.е. для каждого заданного момента времени распределения значений по площади фундаментной плиты [Тара- кановский и др., 2010]. Важная информация об изменении состояния грунтов была получена при остановке строительства более чем на год, когда не было полной на- грузки на грунт от здания, и ход осадки был минимальный. На рисунке 9 показаны карты флуктуаций давления на грунт для разных моментов времени при остановке строительства. Мы можем наблюдать достаточно интересное явление – давление на грунт меняется, причем неравномерно по площади. Наиболее «спокойная картина</p> <p>– зимой, наиболее контрастная – летом, вариации доходят до 50 % от трендово- го значения. Более того, вариации имеют отчетливую периодичность около 1 года (подобные карты показаны стрелками). Отметим также, что появление пятен не- равномерного распределения по площади значений давления объясняет отклонение кривой рисунка 9 от «плавного хода» – мы наблюдаем явление перераспределения давления в пространстве. Нечто подобное наблюдается и по данным тензодатчиков в фундаментной плите, но связать их с полями значений с датчиков давления не просто, т.к. тут играет роль перераспределение деформаций в конструкциях фунда- ментной плиты.</p> <p>Природа отмеченного явления в грунте пока не ясна, но сам факт такой моза- ичной и достаточно сильной вариации, как давления на грунт, так и деформаций в плите ставит под сомнение эффективность задания «критических значений» па- раметров до строительства и затем автоматического объявления опасной ситуации при их превышении, как этого требует норматив.</p> <p></p> <p><img width="316" height="248" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_097.jpg" /></p> <p>Рис. 9. Экспериментальные кривые соотношения давления на грунт и осадки по данным датчиков давления 1…3 и интегральной осадки, расположение датчиков показано на схеме плиты,</p> <p>«Континенталь», Москва /</p> <p>Fig. 9. Experimental curves of the relationship between ground pressure and settlement based on data from pressure sensors 1...3 and integral settlement, the location of the sensors is shown on the slab diagram, Continental, Moscow</p> <p></p> <p>Обследования зданий с использованием собственных колебаний</p> <p>Существует мнение, что выполнение непрерывного мониторинга высотных зда- ний с использованием частот собственных колебаний малоэффективно, и более эф- фективно использование этого параметра при обследованиях. С другой стороны, непрерывные наблюдения колебаний, например, высотных арочных плотин целе- сообразны и дают оценку их состояния при разных типах воздействий – сейсмиче- ских, техногенных и пр. [Антоновская и др., 2015]. Это связано с тем, что, в отличие от высотных зданий, влияние геологической среды и закрепление сооружения в ней у плотин существенно большее, а именно закрепление определяет значительную долю возможных вариаций собственных частот. </p> <p>Для того чтобы понять как влияет на изменение собственных частот состояние здания, нами было выполнено натурное и компьютерное моделирование. В каче- стве модели было выбрано здание простой формы и сильно разрушенное. Это – памятник архитектуры Преображенская гостиница на Соловках (рис. 10). Здание 3-этажное, сохранились стены практически без перекрытий (частично на 1 эт.). Ма- териал стен – сильно выветрелая кирпичная кладка. Фундамент – валунный, мало- заглубленный. Визуальное обследование обнаруживает значительные трещины, по существу, разделяя здание на блоки. Сейсмометрическое обследование проводи- лось методом собственных колебаний путем установки датчиков на подоконниках 2-го этажа вдоль фасадов, наблюдения повторены с интервалом в год при разных состояниях грунтов оснований (сухое и дождливое лето). По результатам обмеров и визуального обследования была составлена расчетная модель с определением ча- стот и форм собственных колебаний (рис. 10).</p> <p></p> <p><img width="451" height="303" alt="image" src="Геол_журн__№4_2025_с обл_/Image_098.jpg" /></p> <p>Рис. 10. Сейсмометрическое обследование Преображенской гостиницы на Соловках (фото), внизу – расчетная модель, вверху ‒ профиль вдоль главного фасада значений расчетных</p> <p>и экспериментальных значений амплитуд собственных частот колебаний и экспериментально полученных частот /</p> <p>Fig. 10. Seismometric survey of the Preobrazhenskaya Hotel on Solovki (photo), below</p> <p>is the calculation model, above is the profile along the main facade of the calculated and experimental values of the amplitudes of natural frequencies of oscillations and experimentally obtained frequencies</p> <p></p> <p>Обработка данных сейсмометрического обследования показала, что доминиру- ющие значения собственных частот при измерениях в разных частях здания разли- чаются (рис. 10, кривая значений частот вдоль фасада). Анализ результатов расчета для модели показал, что значения собственных частот разных форм близки. Мы на- блюдаем суперпозицию разных форм колебаний, причем в зависимости от свойств блоков здания, доминирует по амплитуде та или иная форма, определяя тем самым, определяемое по записи значение собственной частоты. Учитывая это, было про- ведено сложение основных расчетных форм колебаний, в результате чего был полу- чен расчетный профиль колебаний на собственных частотах, который сравнивался с экспериментальным (рис. 10).</p> <p>Сравнение кривых показывает их хорошее совпадение, кроме отдельных точек, где, по-видимому, были плохие условия установки датчика (разбитый подоконник). По другой оси плана и по вертикали также получено совпадение значений (показа- но на модели рис. 10).</p> <p>Результаты обследований с интервалом в год различаются мало, т.е. роль верх- ней части грунтового массива незначительна. Кроме того, внесение в модель тре- щин практически не повлияло на результат. Все это указывает на то, что собствен- ные колебания отражают интегральные свойства НДС конструкций; с их помощью можно достаточно точно создать модель реального здания, пригодную, например, для реставрации, но нельзя отследить появление и развитие трещины. Этот вывод подтверждает и тот факт, что сейсмометрическое обследование бетонной арочной плотины Саяно-Шушенской ГЭС не выявило в картине колебаний присутствия де- формационных швов [Еманов и др., 2002].</p> <p></p> <p>Обсуждение результатов</p> <p>Получение достоверной информации о сейсмостойкости существующей за- стройки является наиболее актуальной здачей, это в первую очередь касается жилищного фонда, сформированного из многоквартирных домов типовых серий 1960–1980-х гг. постройки. Известно, что именно экспериментальное исследование позволяет наиболее надежно определять безопасный потенциал здания, сооруже- ния или любой физической системы при сейсмических, динамических и иных на- грузках.</p> <p>Полученные инженерно-сейсмометрическими станциями записи поведения ти- повых зданий при сейсмических воздействиях, практически в той или иной мере учитывались при их возведении, поскольку данные сети располагались в новострой- ках, и представляют собой уникальный инструментальный материал, позволяющий производить сопоставление исходного состояния с их текущим состоянием.</p> <p>Благодаря этому многое в поведении зданий и сооружений стало понятным. В этой связи необходимо отметить, что при сильнейшем землетрясении (Япония, 2011 г.) большинство жертв было обусловлено цунами.</p> <p>Выводы</p> <p>После Ташкентского землетрясения 1966 г. в б. СССР в крупных городах и сто- лицах союзных республик, расположенных в сейсмически опасных регионах, с 1970 г. организовывались инженерно-сейсмометрические станции, которые рас- полагались в зданиях и сооружениях. Каждая сейсмограмма представляет собой уникальную запись реального воздействия на отдельные элементы и здания, в це-</p> <p></p> <p>лом. В качестве примера приведена запись Рачинского землетрясения 1991 года, полученная на крупнопанельном трехсекционном пятиэтажном жилом здании при 7-балльном проявлении, в г. Гори при Рачинском землетрясении от 29 апреля 1991 г. (Грузия). Станции работали в ждущем режиме, поскольку регистрация осуществля- лась на кассеты с фотобумагой. Современные цифровые станции могут работать практически непрерывно, что исключает потерю информации.</p> <p>Наиболее эффективным представляется объединение системы, регламентирую- щих мониторинг уникальных объектов, при котором регистрируются собственные колебания конструкций, с возможностью регистрации сильных сейсмических воз- действий.</p> <p>Анализ полученных результатов инструментального мониторинга современных строительных конструкций позволяет выявить наиболее важные особенности рабо- ты конструкций, не учитываемые в настоящее время Нормами.</p> <p>Инженерно-сейсмометрические сети, которые можно рассматривать как геофи- зический метод контроля опасных природно-техногенных процессов на урбанизи- рованных территориях, должны стать основой разработки научных и методологи- ческих основ комплексной оценки и выявления зон повышенной природно-техно- генной опасности и рисков урбанизированных территорий (городов и населенных пунктов в составе агломераций, иных объектов градостроительной деятельности), расположенных в сейсмических зонах для повышения эффективности реализации задач комплексного устойчивого развития таких территорий.</p>1.Антоновская Г.Н., Капустян Н.К., Басакина И.М. Инженерно-сейсмометрические возможности при проведении реставрационных работ. // Труды 3-го Международного научно-практического симпозиума «Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси». Сергиев Посад, 2008. – С. 59–61.2.Антоновская Г.Н., Капустян Н.К., Рогожин Е.А. Сейсмический мониторинг промышленных объектов: проблемы и пути решения. // Сейсмические приборы. – 2015. – Т. 51. No 1. – С. 5–15.3.Еманов А.Ф., Селезнев В.С., Бах А.А., Данилов И.А., Кузьменко А.П. Инженерно-сейсмологические исследования зданий и сооружений стоячими волнами. // Материалы восьмой международной конференции «Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон». Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2002. – С. 92–94.4.Заалишвили В.Б., Мельков Д.А., Никонова Н.В., Смирнова Л.Н., Уздин А.М. Характеристики пространственной неоднородности поля ускорений дневной поверхности. // Геология и геофизика Юга России. – 2022. – Т. 12. No 1. – С. 75–88. DOI: 10.46698/VNC.2022.74.27.006.5.Капустян Н.К., Антоновская Г.Н., Климов А.Н.Высотные здания: опыт мониторинга и пути его использования при проектировании. // Жилищное строительство. – 2013. – No 11. – С. 6–12.6.Николаев С.В., Капустян Н.К., Кальчук В.Г. Опыт исследования ветровых и сейсмических нагрузок в условиях высотного строительства г. Москвы. // «Будівельні конструкції». Вып. 64. Киев: НДIБК, 2006. – С. 61–64.7.Острецов А.В., Вознюк А.Б., Капустян Н.К. Опыт мониторинга конструкций и грунтов оснований высотных зданий в Москве. // Строительная наука и техника. – 2008. – No 5(20). – С. 99–101.8.Острецов В.М., Гендельман Л.Б., Дыховичная Н.А., Вознюк А.Б., Болдырев С.С., Капустян Н.К. Опыт тестирования состояния конструкций высотных зданий методом регистрации собственных колебаний. // Железобетонные конструкции зданий большой этажности. М.: МГСУ, 2004. – С. 86–95.9.Острецов В.М., Гендельман Л.Б., Вознюк А.Б., Капустян Н.К. Станция стационарного мониторинга высотного здания: оборудование и опыт эксплуатации. // Уникальные и специальные технологии в строительстве (UST-Build 2005). М.: Дом на Брестской, 2005. – С. 86–90.10.Острецов В.М., Капустян Н.К., Вознюк А.Б. Мониторинг высотного 44-этажного жилого дома на Давыдковской улице. // «Технологии, машины, оборудование, материалы и нормативное обеспечение для подземного и высотного строительства». Т. 2. «Высотное строительство». М.: КДЦ «Гостиный двор», 2006. – С. 17–19.11.Рекомендации по организации и эксплуатации станций инженерно-сейсмометрической службы (ИСС). М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1984. – 74 с.12.Строительные нормы и правила «Строительство в сейсмических районах» СНиП II-7-81* / Госстрой России. М.: ГУПЦПП, 2000. – 44 с.13.Таракановский В.К., Капустян Н.К., Климов А.Н. Инструменты и возможности мониторинга процессов в грунтах основания высотных зданий в Москве. // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2010. – No 6. – С. 551–562.14.Чернов Ю.К. Об оценках спектров колебаний и спектральных характеристик грунтов для вероятностного анализа сейсмической опасности территорий. // Геология и геофизика Юга России. – 2023. – Т. 13. No 2. – С. 67–81. DOI: 10.46698/VNC.2023.67.36.006.15.Чернов Ю.К. Опыт экспресс-оценок спектров реакции по спектрам Фурье ускорений колебаний грунта при землетрясениях. // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. No 4. – С. 113–127. DOI:10.46698/VNC.2024.44.23.010.16.Bektas N., Kegyes-Brassai O. Development in machine learning based rapid visual screening method for masonry buildings. In: Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures. / Eds. M.P. Limongelli, P.F. Giordano, S. Quqa, C. Gentile, A. Cigada. – Cham: Springer Nature Switzerland, 2023. – p. 411–421.17.Domaneschi M., Sigurdardottir D., Glisic B. Damage detection on output-only monitoring of dynamic curvature in composite decks. // Structural Monitoring and Maintenance. – 2017. – Vol. 4. Issue 1. – pp. 1–15.18.Mangalathu S., Sun H., Nweke C.C., Yi Z., Burton H.V. Classifying earthquake damage to buildings using machine learning. // Earthquake Spectra. – 2020. – Vol. 36. – pp. 183–208. DOI: 10.1177/8755.19.Zaalishvili V. Strong motion in absorbing nonlinear medium and problems of their registration. Strong motion instrumentation for Civil Engineering Structures. In: Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. Istanbul, 2001. – pp. 611–621.20.Zaalishvili V., Timchenko I., Kacharava V., Zaalishvili Z. Strong motion instrumentation for structures of civil engineering and economical aspects of planning of territory of big cities. Strong motion instrumentation for Civil Engineering Structures. In: Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. Istanbul, 2001. – pp. 599–612.