Оценка целесообразности учета податливости узлов металлических конструкций аутригера при расчете конструкций высотного здания

Введение. При проектировании металлических конструкций учитывают множество факторов, включая податливость узлов, что влияет на результаты расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов конструкции. При проектировании высотных зданий предусматривают аутригеры, распределяющие ветровую нагрузку между ядром жесткости и периметральными колоннами каркаса, снижая горизонтальные перемещения. Учет податливости в узлах аутригера оказывает влияние на распределение усилий в элементах конструкций здания, а также на деформации здания. Представлен анализ влияния учета податливости узлов аутригера на НДС элементов стальных конструкций высотного здания.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования принята расчетная схема 60-этажного здания с аутригером, смоделированная в расчетном комплексе ETABS. Податливость узлов конструкций аутригера определялась с использованием программного комплекса IDEA StatiCa.

Результаты. По результатам статического расчета с учетом податливости узлов аутригера при постановке одного аутригера на 54 этаже максимальное горизонтальное перемещение верха здания увеличилось на 2,9 % по сравнению с результатами расчета без учета податливости. При постановке двух аутригеров увеличилось на 4,7 %. Максимальное значение продольной силы в раскосе аутригера снизилось на 23 % по сравнению с результатами без учета податливости, а максимальное значение изгибающего момента увеличилось на 10 %.

Выводы. При расчете высотного здания с учетом податливости значения горизонтального перемещения верха здания увеличиваются в пределах 5 %. Если при проектировании необходимо ограничить горизонтальные перемещения здания, то следует выполнять расчет с учетом податливости узлов металлических конструкций аутригера. Кроме того, учет податливости при расчете позволяет снизить металлоемкость проектируемых раскосов аутригера, так как определяющим усилием является продольная сила, которая при расчете с учетом податливости уменьшается в пределах 25 %.

1. Беленя Е.И. Действительная работа и расчет поперечных рам стальных каркасов одноэтажных производственных зданий: экспериментально-техническое исследование в 2 т. : дис. … д-ра техн. наук. М., 1959. 561 с.

2. Колмогоров Ю.И. Экспериментально-теоретический метод определения податливости узлов для уточнения расчетных схем рам эксплуатационных промзданий : дис. … канд. техн. наук. Л. : ЛИСИ, 1990. 185 с.

3. Лапшин А.А., Морозов Д.В., Колесов А.И. Методика проектирования стальных конструкций из гнутых тонколистовых незамкнутых профилей с учетом податливости узловых соединений на самонарезающих винтах // Приволжский научный журнал. 2014. № 3 (31). С. 16–25. EDN SNZKRV.

4. Новоселов А.А., Карелин Д.А. Оценка влияния податливости опорного узла стальной колонны // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (43). С. 26–31. EDN ZWDQCB.

5. McGuire J. Notes on semi-rigid connections. 1995. URL: https://femci.gsfc.nasa.gov/semirigid/

6. Kartal M.E., Başağa H.B., Bayraktar A., Muvafık M. Effects of semi-rigid connection on structural responses // Electronic Journal of Structural Engineering. 2010. Vol. 10. Pp. 22–35. DOI: 10.56748/ejse.10122

7. Ананьин М.Ю., Фомин Н.И. Метод учета податливости в узлах металлических конструкций зданий // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2010. № 2. С. 72–74. EDN MTEXND.

8. Марутян А.С. Учет влияния податливости узловых соединений перекрестных систем на работу конструкций покрытий // Строительная механика и расчет сооружений. 2008. № 6. С. 2–6.

9. Ackroyd M.H., Gerstle K.H. Strength of flexibly connected steel frames // Engineering Structures. 1983. Vol. 1. Issue 1. Pp. 31–37. DOI: 10.1016/0141-0296(83)-90038-X

10. Frye M.J., Morris G.A. Analysis of flexibly connected steel frames // Canadian Journal of Civil Engineering. 1975. Vol. 2. Issue 3. Pp. 280–291. DOI: 10.1139/l75-026

11. Lindsey S.D., Loannides S.A., Goverdhan A. LRFD Analysis and design of beams with partially restrained connections // Engineering Journal. 1985. Vol. 22. Issue 4. Pp. 157–162. DOI: 10.62913/engj.v22i4.452

12. Должиков В.Н., Удотова О.А. Влияние податливости узловых соединений на напряженно-деформированное состояние металлических стержневых систем // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 11 (779). С. 15–25. DOI: 10.32683/0536-1052-2023-779-11-15-25. EDN RVOXQH.

13. Каландарбеков И.И., Низомов Д.Н., Каландарбеков И.К. Об учете податливости стыковых соединений в расчетах элементов многоэтажных зданий // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. 2021. № 2 (54). EDN UUZLUD.

14. Люблинский В.А. Податливость вертикальных связей сдвига панельных зданий // Строительство и реконструкция. 2022. № 3 (101). С. 32–39. DOI: 10.33979/2073-7416-2022-101-3-32-39. EDN LCGTMJ.

15. Широков В.С. Влияние податливости внутримодульных узлов на частоту собственных колебаний модульного здания // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 10. С. 1556–1562. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.10.1556-1562. EDN FMLQDX.

16. Козлов А.В., Козлов В.А. Напряженно-деформированное состояние составной конструкции с учетом податливости на сдвиг между железобетонной плитой и стальной балкой // Строительная механика и конструкции. 2021. № 2 (29). С. 48–61. EDN DDVSCI.

17. Каюмов Р.А., Хайдаров Л.И., Гимазетдинов А.Р. Податливость сжатых стержней с упругой опорой с учетом их закритического поведения // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 3 (57). С. 5–11. DOI: 10.52409/20731523_2021_3_5. EDN JHXCQC.

18. Истомин А.Д., Кудрявцев М.В. Влияние податливости опор на температурные усилия в статически неопределимой железобетонной балке // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2021. № 2 (746). С. 52–60. DOI: 10.32683/0536-1052-2021-746-2-52-60. EDN VXWNIR.

19. Кудряшова А.Н. Важность анализа податливости узлов при расчете балочных конструкций на стесненное кручение // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 96–10. С. 58–60. DOI: 10.18411/trnio-04-2023-523. EDN MOGXMN.

20. Люблинский В.А., Стручков В.С. Прочность и податливость вертикальных стыков панельных зданий при сдвиге и кручении // Строительство и реконструкция. 2023. № 6 (110). С. 41–49. DOI: 10.33979/2073-7416-2023-110-6-41-49. EDN GYQEYG.

21. Киселёв Д.В., Бержинская Л.П., Горбач П.С. Учет податливости сборных железобетонных конструкций при расчетах зданий с помощью ПК SCAD office // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2021. № 15. С. 134–138. EDN SUTJRW.

22. Рубанова Э.А., Багаутдинов Р.И., Школяр Ф.С. Влияние податливости платформенного соединения типа КЭ-55 на НДС конструкции // Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, посвящ. 300-летию Российской академии наук : сб. докл. нац. конф. с междунар. участием. 2022. С. 301–307. EDN MYPNUR.

23. Ведяков И.И., Конин Д.В., Одесский П.Д. Стальные конструкции высотных зданий. М. : Издательство АСВ, 2014. 272 с.

24. Травуш В.И., Конин Д.В. Работа высотных зданий с применением этажей жесткости (аутригеров) // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 2 (23). С. 77–91. EDN KXDSLJ.