Оценка динамических характеристик и сейсмической уязвимости шестиэтажного железобетонного здания в Армении с использованием метода Накамуры
Резюме
Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки сейсмической уязвимости железобетонного здания середины XX века, расположенного на территории Республики Армения ‒ региона с высоким уровнем сейсмической опасности. Сооружение возведено до вступления в силу современных норм сейсмостойкого проектирования и в процессе эксплуатации подверглось ряду конструктивных модификаций, что привело к трансформации его динамических характеристик и снижению несущей способности. Определение фактических динамических параметров эксплуатируемых зданий представляет ключевую задачу при разработке мероприятий по снижению сейсмического риска и обосновании инженерных решений по усилению конструкций. Цель исследования – количественная оценка динамических характеристик и степени сейсмической уязвимости шестиэтажного железобетонного здания 1960-х годов постройки посредством определения интегральных показателей жёсткости несущей системы, собственных периодов колебаний и расчётных индексов уязвимости. Методы: выполнена многоточечная регистрация микросейсмических колебаний в характерных точках здания. Обработка временных рядов осуществля́ лась методом спектральных отношений горизонтальных и вертикальных компонент (HVSR) по методике Накамуры, что позволило идентифицировать основные собственные периоды и формы колебаний несущей системы. На основании установленных параметров рассчитаны коэффициенты сейсмической уязвимости для отдельных конструктивных зон. Подход обеспечивает неразрушающую диагностику изменений жёсткостных характеристик, обусловленных эксплуатационными воздействиями и реконструктивными вмешательствами. Результаты выявили выраженную неоднородность распределения жесткости, как по высоте здания, так и в плане, с локализацией зон пониженной жёсткости в отдельных конструктивных секциях. Рассчитанные индексы уязвимости свидетельствуют о повышенной восприимчивости указанных зон к сейсмическим воздействиям, включая вероятность резонансного усиления колебаний при совпадении собственных частот сооружения с преобладающими частотами возбуждения. Полученные данные подтверждают эффективность метода HVSR для оперативной диагностики динамических характеристик железобетонных зданий и оценки их сейсмостойкости. Сформулированы рекомендации по локальному усилению критических зон несущей системы и внедрению систем непрерывного инструментального мониторинга для минимизации сейсмического риска и обеспечения безопасной эксплуатации здания.
Литература
Агаева Л.А., Мурадов Ё.Д., Гаражаев А.Б., Эебердыев Х.Г. Инженерно-геологические условия и оценка сейсмичности площадки строительства мечети в городе Аркадаге (Туркменистан) // Геология и геофизика Юга России. – 2025. – Т. 15. № 3. – С. 37–52. DOI: 10.46698/VNC.2025.95.83.001.
Аносов Г.И., Дробиз М.В., Коновалова О.А., Сотников Д.С., Чугаевич В.Я. Оценка сейсмической устойчивости учебного корпуса № 3 Российского государственного университета им. И. Канта с применением методики Накамуры // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. – 2010. – Вып. 15(1). – С. 223–231.
Геодакян Э.Г., Карапетян Дж.К., Заалишвили В.Б., Саакян Б.В., Оганесян С.М., Мкртчян М.А., Мкртчян Г.А. Региональная сейсмотектоника очаговых зон восточно-турецких землетрясений 06 февраля 2023 г. и геодинамическая модель очага сильнейшего землетрясения (Мw=7,8) // Геология и геофизика Юга России. – 2023. – Т. 13. № 4. – С. 42–54. DOI: 10.46698/VNC.2023.57.90.004.
Заалишвили В.Б., Мельков Д.А., Фидарова М.И., Шманатов Г.В. Геоэкологические аспекты формирования интенсивности землетрясения на основе инструментальных данных // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. № 2. – С. 45–60. DOI: 10.46698/ VNC.2024.27.90.004.
Капустян Н.К., Заалишвили В.Б., Мельков Д.А., Акбиев Р.Т., Мерзликин Т.И., Морозова Т.В. Инженерно-сейсмометрические сети, как геофизический метод контроля воздействий опасных природно-техногенных процессов на урбанизированные территории // Геология и геофизика Юга России. – 2025. – Т. 15. № 4. – С. 60–77. DOI: 10.46698/a17796138-3406-a.
Карапетян Дж.К., Айрапетян О.Ю., Матевосян Г.М., Карапетян Р.К. Сравнительный анализ динамических характеристик зданий различных типов при микросейсмических колебаниях // Геология и геофизика Юга России. – 2021. – Т. 11. № 3. – С. 103–114. DOI: 10.46698/VNC.2021.70.17.009.
Свалова В.Б., Заалишвили В.Б. Глубинная геодинамика и сейсмичность Кавказско-Анатолийского региона // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. № 2. – С. 77–89. DOI: 10.46698/VNC.2024.97.46.006.
Хачиян Э.Е. Сейсмические воздействия и прогноз поведения сооружений. – Ереван: Изд. «Гитутюн» НАН РА, 2015. – 555 с.
Berto L., Vitaliani R., Saetta A., Simioni P. Seismic assessment of existing RC structures affected by degradation phenomena // Structural Safety. – 2009. – Vol. 31. No. 4. – pp. 284–297. DOI: 10.1016/j.strusafe.2008.09.006.
BSRA-20.04-2020. Earthquake Engineering. Design Standards, Republic of Armenia. Yerevan, 2020. – 93 p.
Cosenza E., Manfredi G., Verderame G.M. Seismic assessment of gravity load designed R.C. frames: critical issues in structural performance // Journal of Earthquake Engineering. – 2002. – Vol. 6. No. S1. – pp. 101–122. DOI: 10.1080/13632460209350434.
Dal Moro G., Panza G. Multiple-peak HVSR curves: Management and statistical assessment // Engineering Geology. – 2021. – Vol. 297. – Art. No. 106500. DOI: 10.1016/j. enggeo.2021.106500.
Ditommaso R., Mucciarelli M., Parolai S., Picozzi M. Monitoring the structural dynamic response of a masonry tower: comparing classical and time-frequency analyses // Bulletin of Earthquake Engineering. – 2012. – Vol. 10. – pp. 1221–1235. DOI: 10.1007/s10518-012-9347-x.
Fazriati E., Azhari M.R., Hakam A., Utama W., Rosandi Y. Horizontal to vertical spectral ratio (HVSR) analysis of the passive seismic data on alluvial lithology: an example from Bandung Basin Rim // Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. – 2023. – Vol. 9. No. 1. – pp. 402–411. DOI: 10.29303/jppipa.v9i1.2962.
Gallipoli M.R., Mucciarelli M., Sket-Motnikar B., Zupancic P., Gosar A., Prevolnik S., Herak M., Stipcevic J., Herak D., Milutinovic Z., Olumceva T. Empirical estimates of dynamic parameters on a large set of European buildings // Bulletin of Earthquake Engineering. – 2010. – Vol. 8. No. 3. – pp. 593–607. DOI: 10.1007/s10518-009-9133-6.
Giacomo D., Gallipoli M.R., Mucciarelli M., Parolai S., Richwalski S.M. Analysis and modeling of HVSR in the presence of a velocity inversion: the case of Venosa, Italy // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2005. – Vol. 95. No. 6. – pp. 2364–2372.
Irie Y., Nakamura Y. Dynamic characteristics of a RC building of five stories based on microtremor measurements and earthquake observations // In: 12th World Conference on Earthquake Engineering. – Auckland, New Zealand, 2000. – Art. No. 1747.
Kapustian N., Antonovskaya G., Agafonov V., Neumoin K., Safonov M. Seismic monitoring of linear and rotational oscillations of the multistory buildings in Moscow // Seismic Behavior of Irregular and Complex Structures. Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering. – 2013. – Vol. 24. – pp. 353–363.
Kawase H., Nagashima F., Matsushima S., Sanchez-Sesma F.J. Application of horizontalto-vertical (H/V) spectral ratios for both microtremors and earthquake motions based on the diffuse field theory // In: 10th U.S. National Conference on Earthquake Engineering (10NCEE). – Anchorage, Alaska, USA, 2014. – 10 p.
Mucciarelli M., Gallipoli M.R., Arcieri M. The stability of the horizontal-to-vertical spectral ratio of triggered noise and earthquake recordings // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2003. – Vol. 93. – pp. 1407–1412.
Nakamura Y. Seismic vulnerability indices for ground and structures using microtremor // In: World Congress on Railway Research. – Florence, Italy, 1997. – pp. 1–7.
Nakamura Y. What is the Nakamura method? // Seismological Research Letters. – 2019. – Vol. 90. No. 4. – pp. 1437–1443. DOI: 10.1785/0220180376.
Nakamura Y., Gurler E.D., Saita J., Rovelli A., Donati S. Vulnerability investigation of Roman Colosseum using microtremor // In: 12th World Conference on Earthquake Engineering. – Auckland, New Zealand, 2000. – Art. No. 2660.
Sungkono, Warnana D., Triwulan, Utama W. Evaluation of buildings strength from microtremor analyses // International Journal of Civil and Environmental Engineering IJCEEIJENS. – 2011. – Vol. 11. – pp. 108–114.
English
Русский
