CC BY
215
ВЕСТНИК 1/2Q16
инженерные изыскания и обследование здании. специальное строительство
Удк 725 + 528.4
Р.в. Шульц, A.A. Анненков*, н.в. куличенко
КНУСА, *ДонНАСА
опыт использования современных технологий в задачах геодезического мониторинга высотных зданий
Приведены результаты геодезического мониторинга высотного здания с использованием современных геодезических технологий. Для определения крена высотного здания использованы ГНСС-технологии. Исследовано температурное влияние на конструкции высотного здания. По результатам мониторинга зафиксировано наличие крена и изгиба здания. Для определения характера изгиба использован метод наземного лазерного сканирования, по результатам которого зафиксировано наличие изгиба здания.
Ключевые слова: высотное здание, крен здания, изгиб здания, температурное воздействие, ГНСС-технологии, наземное лазерное сканирование, геодезический мониторинг
задача геодезического мониторинга инженерных сооружений является одной из наиболее распространенных и ответственных в комплексе проблем, которые решаются геодезическими методами. особое место уделяется вопросу ведения мониторинга высотных зданий (жилых и торгово-офисных комплексов), которые активно возводятся практически во всех развитых странах мира. в отечественной и зарубежной практике наиболее досконально проработаны геодезические методы наблюдений за башенными сооружениями. к таким сооружениям относятся дымовые трубы, телевизионные башни, радиовышки и пр. хорошо известно, что при выполнении наблюдений за высотным сооружением основными характеристиками, подлежащими определению, являются осадка фундамента, крен и изгиб сооружения.
традиционно мониторинг выполнялся с использованием хорошо известных геодезических методов и способов. так, осадку и крен сооружения определяли методом нивелирования (геометрического, тригонометрического, гидростатического), а крен и изгиб высотного сооружения — методами оптического проектирования и геодезических засечек. для реализации этих методов традиционно использовали оптические нивелиры, оптические теодолиты, приборы вертикального проектирования [1], для определения относительных перемещений сооружения — различные типы датчиков. особенно эффективны рассмотренные методы были при выполнении мониторинга башенных сооружений. очевидно, что мониторинг высотных зданий, функциональное назначение которых, материал изготовления и конструктивная схема отличаются от башенных сооружений, должен выполнятся другими методами и с использованием иных, более современных, подходов и новых приборов.
С появлением новых геодезических приборов и систем, в число которых входят глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), системы наземного лазерного сканирования, электронные тахеометры, цифровые датчики и пр., постоянно расширяется сфера применения этого оборудования при решении задач инженерной геодезии, и в т.ч. задач геодезического мониторинга. Один из обзоров этих методов приведен в [2—3], где подробно описаны все современные методы геодезического мониторинга: ГНСС, электронные тахеометры, лазерные сканеры, инклинометры, оптико-волоконные датчики и автоматизированные системы геодезического мониторинга.
В течение последних 10—15 лет реализован целый ряд проектов по внедрению новых методов измерений и приборов в решение задач геодезического мониторинга высотных зданий. И хотя до четких методических рекомендаций о применении этих методов еще очень далеко, тем не менее следует отметить наиболее интересные и полезные с нашей точки зрения результаты.
Безусловно, наиболее распространенным геодезическим прибором на сегодняшний день является электронный тахеометр. Универсальный прибор, позволяющий решать практически все геодезические задачи. Известно множество примеров применения электронных тахеометров в задачах мониторинга инженерных сооружений, в т.ч. и высотных зданий [4—6]. В качестве примера приведем [7], в которой анализируются результаты геодезического мониторинга высотных зданий с помощью роботизированного электронного тахеометра. Среди возможных недостатков электронных тахеометров отметим необходимость создания опорной геодезической сети для мониторинга и относительно невысокую скорость измерений.
Недостатков электронных тахеометров лишены системы ГНСС [8, 9]. гнСС позволяют определять перемещения круглосуточно с высокой частотой измерений и необходимой точностью. одним из первых примеров применения ГНСС является работа [10], где излагается опыт авторов при выполнении геодезического мониторинга высотных зданий при воздействии ветровых нагрузок с помощью ГНСС-технологий. Поскольку речь идет о динамических нагрузках, то для мониторинга применялся режим кинематики в реальном времени. Приведен опыт мониторинга за зданиями в Чикаго и Сиднее. Отмечено, что первый опыт применения ГНСС для динамического мониторинга относится к 1993 г., для здания в г. Альберта (Канада) высотой 160 м также исследовались ветровые нагрузки. В [11] детально рассмотрены точность и особенности функционирования ГНСС. Далее приведены результаты мониторинга высотных зданий в условиях различных нагрузок: ветровой, температурной и землетрясений. Даны рекомендации по повышению надежности и эффективности ГНСС-измерений с помощью псевдоспутников. В [12] решается задача аналогичная предыдущей работе. Мониторинг выполнен для здания высотой 234 м. Использовано три приемника для определения горизонтальных смещений и вращения. Результаты ГНСС-измерений сравнивались с результатами измерений акселерометром и показали высокую эффективность ГНСС-измерений. [13] продолжает и подтверждает результаты, полученные в [12], и при этом приводятся результаты оценивания жесткости зданий по материалам ГНСС-измерений от воздействия ветровой нагрузки. Отметим также,
ВЕСТНИК 1/2016
что гнСС широко применяется и на стадии строительства высотных зданий. в качестве примера приведем [14], в которой с использованием гнСС обеспечена вертикальность высотного здания при строительстве. Более детальный анализ возможностей обеспечения вертикальности высотных зданий с помощью гнСС приведен в [15]. здесь проанализированы экспериментальные результаты сравнения оптического вертикального проектирования и гнСС-измерений в режиме реального времени при строительстве башен-близнецов Европейского центрального банка во франкфурте. все приведенные работы доказывают высокую эффективность гнСС-технологий в решении задач, связанных с высотным строительством. однако следует отметить, что необходимость установки антенн гнСС непосредственно над точкой измерений ограничивает их применение и таким образом использование гнСС является наиболее эффективным в качестве источника опорных данных и контрольных измерений.
Еще одним современным и набирающим популярность методом является наземное лазерное сканирование [16]. преимуществом этого метода измерений является огромная избыточность измерения, благодаря которой появляется возможность выполнять построение точных трехмерных моделей инженерных сооружений. Сложности возникают при обработке данных наземного лазерного сканирования. большая избыточность данных требует сложных алгоритмов фильтрации данных, удаления грубых ошибок и пр. в задачах мониторинга наземное лазерное сканирование пока что используется эпизодически. трудности возникают при сопоставлении результатов сканирования в различных циклах. на сегодняшний день наиболее удачным считается подход, при котором на сооружении располагают специальные марки, координаты которых определяют электронным тахеометром. впрочем, исследования по наземному лазерному сканированию развиваются довольно интенсивно, и вскоре мы ожидаем появление новых подходов и методик по проведению мониторинга с использованием этого метода.
отдельно следует сказать об использовании современных высокоточных датчиков наклона. так, в [17] приведены результаты мониторинга высотных зданий с помощью системы таких датчиков. наблюдения на первом этапе выполнялись на стадии строительства. полученные результаты измерений были использованы для уточнения проектной модели здания и дальнейшего мониторинга на стадии эксплуатации. главный недостаток систем датчиков состоит в том, что они не являются самостоятельными источниками информации. для получения полной картины перемещения здания необходима дополнительная информация для фиксации пространственного положения датчика, которая может быть получена с помощью гнСС или электронного тахеометра.
поскольку все современные методы измерений обладают как преимуществами, так и недостатками, ключ к решению проблемы геодезического мониторинга высотных зданий следует искать в комплексном использовании различных средств измерений. такой подход получил название автоматизированных систем геодезического мониторинга и реализован во многих зарубежных проектах. классическим примером комбинирования различных средств
измерений являются [18, 19], где изложена структура и подход к организации системы мониторинга самого высокого здания мира — Башни Халифа — на стадии строительства.
Приведенный анализ свидетельствует о широких перспективах применения современных геодезических технологий и методов в задачах мониторинга высотных сооружений. Очевидно, что данное направление является весьма актуальным и требует всестороннего анализа и дальнейших детальных исследований.
Целью представленной работы является анализ возможностей и эффективности современных геодезических технологий при решении задачи мониторинга высотных зданий на примере результатов геодезического мониторинга пространственных перемещений высотного торгово-офисного центра в Киеве.
Высотное строительство в Киеве интенсивно развивается в течение последних десяти лет. За это время был возведен ряд высотных жилых комплексов (высотой до 130 м), а также ряд зданий офисного назначения. Известно, что Киев находится в достаточно сложных геологических условиях, и поэтому для всех зданий высотой свыше 100 м проектом обязательно предусматривается выполнение геодезического мониторинга за пространственными перемещениями здания в течение первых двух лет после введения в эксплуатацию. В нашем случае объектом исследования стал торгово-офисный центр «Гулливер» (рис. 1), расположенный в центральной части города и имеющий высоту 161 м. здание в плане имеет форму вытянутого эллипса с ориентацией большой оси в направлении северо-запад — юго-восток.
Рис. 1. Торгово-офисный центр «Гулливер», г. Киев (Режим доступа: https://3dwarehouse.sketchup.com/model.html?id=87aa91f23bbeada4b244696c7491b9fe)
Постановка задачи геодезического мониторинга начинается с установления необходимой точности измерений. В случае высотных зданий такая задача является довольно сложной, поскольку действующая нормативная документа-
ция относит высотные здания к категории высотного строительства и, соответственно, все величины не нормируются, а определяются расчетным путем. для назначения точности геодезического мониторинга можно исходить из требований обеспечения допустимого отклонения от вертикали при строительстве здания. Однако и для такой величины существует несколько вариантов расчета [1]. Были выбраны наиболее известные модели расчета:
т = 4,55-^Н7; 2 = 0,5 Н; 3 = 0,167 Н; 4 = 2,82у[Й,
где Н — высота здания, м.
в этих моделях коэффициенты подобраны таким образом, что при подстановке величины Н в метрах расчетную величину получают в миллиметрах. Для наглядности выполненные расчеты приведены в графическом виде на рис. 2.
Рис. 2. Графики допустимых отклонений от вертикали для различных моделей расчета
в геодезии принят следующий критерий определения точности геодезического мониторинга:
т = 0,25.
Иными словами, погрешность мониторинга должна быть не больше одной пятой от величины допустимого перемещения. Если мы возвратимся к рис. 2, то очевидно, что наименьшие допустимые перемещения на высоте 160 м допускает модель три (30 мм), следовательно погрешность мониторинга не должна превышать 6 мм.
В соответствии с проектом мониторинг здания выполнялся раз в полгода. для выполнения геодезического мониторинга пространственных перемещений здания было принято решение использовать технологии гнСС, которые обеспечивают необходимую точность определения координат в плане. Проектом была предусмотрена установка двух пунктов принудительного центрирования на крыше здания. на этих пунктах на период наблюдений стационарно
устанавливались ГНСС-антенны. Наблюдения выполнялись непрерывно в течении суток. В качестве исходной системы координат использовалась Городская система координат г. Киева, пункты которой определены в Национальной референцной системе координат УСК-2000, ориентация и масштаб которой соответствуют системе координат 1ТКР2000 на эпоху 2005 г.
Всего было выполнено пять циклов наблюдений. Здесь мы представим и проанализируем результаты первых трех циклов. Все наблюдения можно разделить на зимние и летние. Летние наблюдения проводились в июле, а зимние в декабре. По продолжительности каждый цикл длился одни сутки, в течение которых непрерывно выполнялись ГНСС-измерения с частотой 30 с. В качестве окончательных координат принималось среднее значение координат за сутки. Первый зимний цикл был принят в качестве исходного, и все остальные наблюдения сравнивались с ним. Перемещения в летний и зимний периоды относительно начального цикла определялись как разница средних значений координат. Для оценки точности выполненных измерений по результатам отклонений от среднего значения были получены средние квадратические погрешности определения приращений координат базовых линий. С этой целью были вычислены отклонения от средних значений по формулам:
д х лето _ х лето ^ лето , ду лето _улето у лето •
д х зима _ х зима ^ зима, д у зима _у зима у зима
Получены следующие оценки погрешностей определения координат: в летний период т^ лето = 0,0052 м, длето = 0,0049 м и в зимний период тхзима = 0,0043 м, тузима = 0,0059 м, которые соответствуют паспортной точности оборудования ГНСС.
Поскольку точность определения координат соответствует также необходимой точности определения перемещения (6 мм), то были определены компоненты крена здания. Результаты определения крена приведены в таблице.
Результаты определения крена в летний и зимний периоды
Период DX, м AY, м Крен, м
Лето 0,0605 -0,0059 0,0608
Зима 0,0577 -0,0164 0,0600
Лето-Зима 0,0028 0,0105 0,008
Общая величина крена сооружения составляет 60 мм. Важно отметить, что величина зафиксированного крена фактически не изменилась за год, что свидетельствует о стабилизации деформационного процесса. Анализ компонентов крена показывает, что в направлении, перпендикулярном длинной стороне здания, перемещения в летний и зимний периоды отличаются в среднем на 10 мм.
для большей наглядности представим результаты определенных отклонений по координатным осям за сутки с часовым интервалом в графическом виде на рис. 3 и 4.
-X лето —■—Л'зима Рис. 3. Суточные перемещения ГНСС-антенны в зимний и летний периоды в направлении оси X
Рис. 4. Суточные перемещения ГНСС-антенны в зимний и летний периоды в направлении оси У
Если в направлении оси X перемещения в летний и зимний периоды носят случайный характер, то в направлении оси У перемещения имеют четко выраженные систематические отклонения. Полученные результаты наводят на мысль о влиянии внешних воздействий на здание. Поскольку в рассмотренных случаях ветровое воздействие не было существенным, сделано предположение о влиянии температуры на геометрию здания [3, 12], а зафиксированные вариации крена вызваны односторонним нагревом одной из сторон здания. В период летних наблюдений среднесуточная температура составляла 20 °С, а
в период зимних наблюдений--10 °С. В такой ситуации мы имеем дело не с
креном, а с изгибом конструкции здания. Схема образования изгиба конструкции от температурного воздействия приведена на рис. 5. На широтах Киева
максимальное температурное воздействие направлено как раз перпендикулярно длинной стороне здания, что соответствует именно изменению координаты У. для определения изгиба недостаточно выполнить измерения только в верхней точке здания. достоверная фиксация изгиба возможна минимум по пяти точкам, которые равномерно расположены по высоте здания.
ввиду того, что дополнительная установка точек не была предусмотрена, было предложено определить изгиб здания с помощью метода наземного лазерного сканирования. метод позволяет построить поверхность здания с точностью, достаточной для определения деформационных характеристик. для сканирования поверхности здания в летний и зимний периоды был использован лазерный сканер Leica ScanStation 2, который позволяет воссоздать поверхность сканирования с погрешностью 2 мм. поскольку в плане здание является симметричным относительно продольной оси, то для выяснения характера деформации достаточно выполнить сканирование одной стороны здания.
по результатам сканирования наиболее сложным этапом является сравнение между собой двух моделей, полученных в летний и зимний период. имея построенные поверхности по результатам сканирования в двух циклах, появляется возможность построения композитной поверхности, которая представляет рельеф изменения координат поверхности здания. построение композитной поверхности выполняют следующим образом:
загрузка облака точек летнего цикла сканирования; предварительная обработка данных;
■пи,
• ¡14
создание триангуляционной модели (ТШ-модель1) по методу триангуляции Делоне, редактирование модели;
загрузка облака точек зимнего цикла сканирования; предварительная обработка данных;
создание триангуляционной модели (ТШ-модель2) по методу триангуляции Делоне, редактирование модели; создание композитной поверхности.
При создании композитной поверхности используют две ТШ-модели и точки пересечения ребер ТШ-моделей между двумя поверхностями. Отметками в композитной поверхности являются отклонения координат в направлении перпендикулярном поверхности фасада здания. Таким образом, полученная композитная поверхность позволяет исследовать изменение геометрии поверхности.
Полученная по результатам сканирования композитная поверхность приведена на рис. 6, где отклонения поверхности от предыдущего цикла пропорциональны яркости точек поверхности. Анализируя отклонения, можно убедиться, что в нижней и центральной частях здания величины отклонений находятся в пределах точности измерений, которая составляет 3...4 мм. Наиболее интересные результаты зафиксированы в верхней части здания. В самом верху здания на высоте 110... 150 м зафиксированы перемещения в диапазоне 11...13 мм. Остается открытым вопрос, являются ли эти отклонения результатом дополнительного крена, который произошел в течение полугода, или же это изгиб здания вследствие влияния температуры окружающей среды. Для проверки этой гипотезы построим гистограмму распределения полученных
отклонений. Далее, аппроксимируем гистограмму функцией распределения нормального закона. В случае наличия именно крена отклонения должны быть симметричными и подчиняться нормальному распределению. Построенная гистограмма и варианты аппроксимации различными законами распределения приведены на рис. 7.
На рис. 7 для примера показана аппроксимация различными законами распределения, в т.ч. нормальным законом распределения, логистическим законом распределения, законом распределения Вейбулла и пр. Даже визуальный анализ рис. 7 показывает, что отклонения не подчиняются нормальному распределению, а следовательно, зафиксированное различие кренов в зимний и летний периоды является изгибом и предположительно вызвано влиянием температуры.
Рис. 6. Композитная поверхность отклонений поверхности здания между двумя циклами сканирования
Рис. 7. Гистограмма распределения отклонений поверхности здания
Таким образом, комплексное использование современных геодезических технологий для решения задач геодезического мониторинга подтверждает свою высокую эффективность. Главным выводом следует считать, что для решения сложных, ответственных задач необходимо использовать различные типы измерительной аппаратуры. Технологии ГНСС являются эффективными при определении глобальных перемещений сооружений. С другой стороны, данные наземного лазерного сканирования позволяют определять специфические виды деформаций, такие как изгиб.
Библиографический список
1. СытникВ.С., Клюшин А.Б. Геодезический контроль точности возведения монолитных зданий и сооружений. М. : Стройиздат, 1981. 119 с.
2. Коргина М.А. Использование современных технологий пространственно-координатных геодезических измерений и МКЭ-анализа напряженно-деформированного состояния несущих конструкций в ходе мониторинга технического состояния ответственных зданий и сооружений // Вестник МГСУ 2009. № 2. С. 140—146.
3. Gheorghe M.T. Radulescu, Mihai V. Radulescu, Adrian T. Radulescu. Research on the development of tools, methods and technologies involved in the structural monitoring process of buildings, in static and dynamic regime // International Journal of Engineering and Applied Sciences. 2014. Vol. 6. Issue 2. Pp. 1—13.
4. Рубцов И.В., Пятницкая Т.А. Назначение и современные способы проведения инструментального геодезического мониторинга памятников гражданской архитектуры // Вестник МГСУ 2013. № 5. С. 80—86.
5. Симонян В.В., Кузнецов А.И., Черненко Э.С., Пятницкая Т.А. Инструментальное определение кренов стен Борисоглескго монастыря // Вестник МГСУ 2011. № 1-2. С. 239—243.
ВЕСТНИК 1/2016
6. Коргин А.В., Ранов И.И., Коргина М.А. Применение пространственно-координатной геодезической съемки для оценки технического состояния зданий и сооружений // Вестник МГСУ 2008. № 1. С. 66—69.
7. Yanhua Mi, Lixin Liu, Hong Zhao. Automatic monitoring system concerning extra-high-rise building oscillating based on measurement robot // Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetrics. December 14—18, 2010, Tianjin, China. Pp. 662—666.
8. Захарченко М.А., Коргин А.В. Создание экспериментальной системы GPS мониторинга высотного здания при ветровом воздействии // Вестник МГСУ 2011. № 8. С. 200—205.
9. Wan Abdul Aziz Wan Mohd Akib, Shu Kian Kok, Zulkarnaini Mat Amin. High rise building deformation monitoring with GPS // International Symposium and Exhibition on Geoinformation (ISG) 2004, 21—23 Sept 2004, Kuala Lumpur, Malaysia. Режим доступа: http://eprints.utm.my/1372/1/high_rise_building.pdf
10. Ogaja C., Li X., Rizos C. Advances in structural monitoring with global positioning system technology: 1997—2006 // Journal of Applied Geodesy. 2008. Vol. 1. Issue 3. Рр. 171—179.
11. Ting-Hua Yi, Hong-Nan Li, Ming Gu. Recent research and applications of GPS-based monitoring technology for high-rise structures // Structural Control and Health Monitoring.
2013. Vol. 20. Issue 5. Рр. 649—670.
12. Hyo Seon Park, Hong Gyoo Sohn, Ill Soo Kim, Jae Hwan Park. Application of GPS to monitoring of wind-induced responses of high-rise buildings // The Structural Design of Tall and Special Buildings. 2008. No. 17. Рр. 117—132.
13. Se Woon Choi, Ill Soo Kim, Jae Hwan Park, Yousok Kim, Hong Gyoo Sohn, Hyo Seon Park. Evaluation of stiffness changes in a high-rise building by measurements of lateral displacements using GPS technology // Sensors. 2013. Issue 13 (11). Pp. 15489—15503.
14. Milind N. Phatak, Sumedh Y. Mhaske. Tower verticality for tall building using DGPS // International Journal of Innovative Research in Advanced Engineering (IJIRAE).
2014. Vol. 1. Issue 4. Рр. 64—68.
15. Wunderlich Th. Optical plumbing versus RTK-GNSS — staking out on high levels // INGEO 2014 — 6th International Conference on Engineering Surveying Prague, Czech republic, April 3—4, 2014. Pp. 47—52.
16. Ермаков В.А. Усовершенствование методики мониторинга пространственных деформаций стержневых конструкций сооружений с помощью лазерного сканирования // Вестник МГСУ 2011. № 8. С. 206—211.
17. Kapustian N., VoznyukA., KlimovA. Long-term monitoring of high-rise buildings in Moscow // 7th European Workshop on Structural Health Monitoring. July 8—11. 2014. La Cité, Nantes, France. Pp. 1918—1924.
18. Abdelrazaq A. Validating the Structural Behavior and Response of Burj Khalifa: Synopsis of the Full Scale Structural Health Monitoring Programs. Режим доступа: http:// www.ctbuh.org/LinkClick.aspx?fileticket=DUN2DTspi%2Fs%3D&tabid=468&language= en-US.
19. Рубцов И.В., Назаров И.А., Лавриненко И.Д., Савушкина В.П. Учет температурных деформаций при геодезическом сопровождении строительства высотных монолитных зданий // Вестник МГСУ 2010. № 4-5. С. 329—334.
20. Douglas Mcl Hayes, Ian R Sparks, Joël Van Cranenbroeck. Core wall survey control system for high rise buildings // Shaping the Change. XXIII FIG Congress. Munich, Germany, October 8—13, 2006. Pp. 1—12.
Поступила в редакцию в ноябре 2015 г.
Об авторах: Шульц Роман Владимирович — доктор технических наук, профессор, декан факультета геоинформационных систем и управления территориями, Киевский национальный университет строительства и архитектуры (КИУСА), 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский пр-т, д. 31, +3 (8044) 243-26-71, [email protected];
Анненков Андрей Александрович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры инженерной геодезии, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры (ДонИАСА), 84313, Украина, Донецкая область, г. Краматорск, ул. Шкадинова, д. 72, +3 (8044) 243-26-71, [email protected];
Куличенко Иаталья валентиновна — аспирант кафедры инженерной геодезии, Киевский национальный университет строительства и архитектуры (КИУСА), 03680, Украина, г. Киев, Воздухофлотский пр-т, д. 31, +3 (8044) 249-72-51, [email protected].
Для цитирования: Шульц Р.В., Анненков А.А., Куличенко Н.В. Опыт использования современных технологий в задачах геодезического мониторинга высотных зданий // Вестник МГСУ 2016. № 1. С. 80—93.
R.V. Shul'ts, A.A. Annenkov, N.V. Kulichenko
EXPERIENCE OF USING MODERN TECHNOLOGIES IN THE TASKS OF HIGH-RISE BUILDINGS GEODETIC MONITORING
The results of geodetic monitoring of a high-rise building using modern geodetic techniques are presented. The analysis of the possibilities and perspectives of modern geodetic techniques application, such as GNSS technologies, electronic robotic total stations, terrestrial laser scanning and systems of sensors are submitted. The bending study of a high-rise building in the center of Kiev with the height of 161 m was made. For determination of a high-rise building bending GNSS technology was used. GNSS antennas were installed on the roof of the building. Observations were carried out at each cycle during the day. With the help of GNSS technologies the total tilt of the building was determined and periodic variations of the building tilt were fixed. The size of the bending was averaged at 60 mm with the variations near 10 mm. Based on the results of the monitoring it has been suggested that the changes in the value of the building tilt are the result of the impact of seasonal temperature changes. In this case, the tilt variations represent the bending along the axis of the maximum temperature exposure. The temperature effect on the constructions of high-rise buildings was investigated. For the bend determination method of terrestrial laser scanning was used. Basing on the data of the terrestrial laser scanning three-dimensional model of the building surface has been constructed. After comparing the results of three-dimensional models of a building surface in two seasons the bend value of the building, in which the upper part was 13 mm bended, was determined. The studies confirmed that when we carry out the geodetic monitoring of large and complex objects we must use different types of modern geodetic equipment to provide a complete picture of structures deformation.
Key words: high-rise building, building tilt, bending of a building, thermal effects, GNSS technologies, terrestrial laser scanning, geodetic monitoring
References
1. Sytnik V.S., Klyushin A.B. Geodezicheskiy kontrol'tochnosti vozvedeniya monolitnykh zdaniy i sooruzheniy [Geodetic Control of the Construction Precision of Monolithic Buildings and Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1981, 119 p. (In Russian)
2. Korgina M.A. Ispol'zovanie sovremennykh tekhnologiy prostranstvenno-koordinatnykh geodezicheskikh izmereniy i MKE-analiza napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya nesu-shchikh konstruktsiy v khode monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya otvetstvennykh zdaniy i sooruzheniy [Using Modern Technologies of Space-Coordinate Geodetic Measurements and FEM Analysis of Stress-Strain State of Bearing Structures in the Course of Monitoring the Technical Condition of Responsible Buildings and Structures]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, no. 2, pp. 140—146. (In Russian)
ВЕСТНИК 1/2Q16
3. Gheorghe M.T. Radulescu, Mihai V. Radulescu, Adrian T. Radulescu. Research on the Development of Tools, Methods and Technologies Involved in the Structural Monitoring Process of Buildings, in Static and Dynamic Regime. International Journal of Engineering and Applied Sciences. 2014, vol. 6, issue 2, pp. 1—13.
4. Rubtsov I.V., Pyatnitskaya T.A. Naznachenie i sovremennye sposoby provedeniya instrumental'nogo geodezicheskogo monitoringa pamyatnikov grazhdanskoy arkhitektury [Purpose and Advanced Methods of Geodetic Tool Monitoring for Monuments of Civil Architecture]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 5, pp. 80—86. (In Russian)
5. Simonyan V.V., Kuznetsov A.I., Chernenko E.S., Pyatnitskaya T.A. Instrumental'noe opredelenie krenov sten Borisogleskgo monastyrya [Instrumental Estimation of the Borisog-lebsky Monastery Walls Slants]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 1-2, pp. 239—243. (In Russian)
6. Korgin A.V., Ranov I.I., Korgina M.A. Primenenie prostranstvenno-koordinatnoy geo-dezicheskoy s"emki dlya otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya zdaniy i sooruzheniy [The Use of Space-Coordinate Surveying to Assess the Technical Condition of Buildings and Structures]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2008, no. 1, pp. 66—69. (In Russian)
7. Yanhua Mi, Lixin Liu, Hong Zhao. Automatic Monitoring System Concerning Extra-high-rise Building Oscillating Based on Measurement Robot. Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetrics. December 14—18, 2010, Tianjin, China. Pp. 662—666. DOI: http://www.doi.org/10.1109/R0BI0.2010.5723405.
8. Zakharchenko M.A., Korgin A.V. Sozdanie eksperimental'noy sistemy GPS monitoringa vysotnogo zdaniya pri vetrovom vozdeystvii [Creation of Experimental GPS-System for Monitoring of High-Rise Building Response to Wind Load]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 8, pp. 200—205. (In Russian)
9. Wan Abdul Aziz Wan Mohd Akib, Shu Kian Kok, Zulkarnaini Mat Amin. High Rise Building Deformation Monitoring with GPS. International Symposium and Exhibition on Geoinfor-mation (ISG) 2004, 21—23 Sept 2004, Kuala Lumpur, Malaysia. Available at: http://eprints. utm.my/1372/1/high_rise_building.pdf.
10. Ogaja C., Li X., Rizos C. Advances in Structural Monitoring with Global Positioning System Technology: 1997—2006. Journal of Applied Geodesy. 2008, vol. 1, issue 3, pp. 171—179. DOI: http://www.doi.org/10.1515/jag.2007.019.
11. Ting-Hua Yi, Hong-Nan Li, Ming Gu. Recent Research and Applications of GPS-Based Monitoring Technology for High-Rise Structures. Structural Control and Health Monitoring. 2013, vol. 20, issue 5, pp. 649—670. DOI: http://www.doi.org/10.1002/stc.1501.
12. Hyo Seon Park, Hong Gyoo Sohn, Ill Soo Kim, Jae Hwan Park. Application of GPS to Monitoring of Wind-Induced Responses of High-Rise Buildings. The Structural Design of Tall and Special Buildings. 2008, vol. 17, no. 1, pp. 117—132. DOI: http://www.doi.org/10.1002/ tal.335.
13. Se Woon Choi, Ill Soo Kim, Jae Hwan Park, Yousok Kim, Hong Gyoo Sohn, Hyo Seon Park. Evaluation of Stiffness Changes in a High-Rise Building by Measurements of Lateral Displacements Using GPS Technology. Sensors. 2013, issue 13 (11), pp. 15489—15503. DOI: http://www.doi.org/10.3390/s131115489.
14. Milind N. Phatak, Sumedh Y. Mhaske. Tower Verticality for Tall Building using DGPS. International Journal of Innovative Research in Advanced Engineering (IJIRAE). 2014, vol. 1, issue 4, pp. 64—68.
15. Wunderlich Th. Optical Plumbing Versus RTK-GNSS — Staking out on High Levels. INGEO 2014 — 6th International Conference on Engineering Surveying Prague, Czech Republic, April 3—4, 2014. Pp. 47—52.
16. Ermakov V.A. Usovershenstvovanie metodiki monitoringa prostranstvennykh defor-matsiy sterzhnevykh konstruktsiy sooruzheniy s pomoshch'yu lazernogo skanirovaniya [Improvement of the Method for Monitoring Space Deformations of Building Bar Structures Using Laser Scanning]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 8, pp. 206—211. (In Russian)
17. Kapustian N., Voznyuk A., Klimov A. Long-Term Monitoring of High-Rise Buildings in Moscow. 7th European Workshop on Structural Health Monitoring. July 8—11, 2014. La Cité, Nantes, France, pp. 1918—1924.
18. Abdelrazaq A. Validating the Structural Behavior and Response of Burj Khalifa: Synopsis of the Full Scale Structural Health Monitoring Programs. Available at: http://www.ctbuh. org/UnkClick.aspx?fileticket=DUN2DTspi%2Fs%3D&tabid=468&language=en-US.
19. Rubtsov I.V., Nazarov I.A., Lavrinenko I.D., Savushkina V.P. Uchet temperaturnykh deformatsiy pri geodezicheskom soprovozhdenii stroitel'stva vysotnykh monolitnykh zdaniy [Accounting for the Thermal Strains in the Geodetic Support of the Construction of High-Rise Monolithic Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 4-5, pp. 329—334. (In Russian)
20. Douglas Mcl Hayes, Ian R Sparks, Joël Van Cranenbroeck. Core Wall Survey Control System for High Rise Buildings. Shaping the Change. XXIII FIG Congress. Munich, Germany, October 8—13, 2006. Pp. 1—12.
About the authors: Shul'ts Roman Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean, Department of Geoinformation Systems and Territory Management, Kyiv National University of Construction and Architecture (KNUCA), 31 Vozdukhoflotskiy prospekt, Kiev, 03680, Ukraine, +3 (8044) 243-26-71; [email protected];
Annenkov Andrey Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Engineering Geodesy, Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture (DonNACEA), 72 Shkadinova str., Kramatorsk, 84313, Donetsk Region, Ukraine; +3 (8044) 243-26-71; [email protected];
Kulichenko Natal'ya Valentinovna — postgraduate student, Department of Engineering Geodesy, Kyiv National University of Construction and Architecture (KNUCA), 31 Vozdukhoflotskiy prospekt, Kiev, 03680, Ukraine, +3 (8044) 249-72-51; kulichenko2003@ mail.ru.
For citation: Shul'ts R.V., Annenkov A.A., Kulichenko N.V. Opyt ispol'zovaniya sovre-mennykh tekhnologiy v zadachakh geodezicheskogo monitoringa vysotnykh zdaniy [Experience of Using Modern Technologies in the Tasks of High-Rise Buildings Geodetic Monitoring]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 1, pp. 80—93. (In Russian)
