astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-2-42-55ast-158Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONПовышение надежности железобетонных каркасов многоэтажных зданийIncreasing the reliability of reinforced concrete frames of multistorey buildingsМалышкинА. П.MalyshkinA. P.

Малышкин Александр Петрович, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры строительных конструкций

Тюмень

Aleksandr P. Malyshkin, Cand. Sc. in Engineering, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Building Structures

Tyumen

a.petrovich.m@yandex.ruЕсиповА. В.EsipovA. V.

Есипов Андрей Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций

Тюмень

Andrei V. Esipov, Cand. Sc. in Engineering, Associate Professor at the Department of Building Structures

Tyumen

sibstroy.2012@yandex.ruЕсиповМ. А.EsipovM. A.

Есипов Михаил Андреевич, бакалавр

Тюмень

Mixail A. Esipov, Bachelor

Tyumen

yacorl.mail@gmail.comТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202428062024024255Copyright © Малышкин А.П., Есипов А.В., Есипов М.А., 20242024Малышкин А.П., Есипов А.В., Есипов М.А.Malyshkin A.P., Esipov A.V., Esipov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/158

Целью численных исследований являлась разработка метода повышения надежности многоэтажных зданий с монолитными железобетонными каркасами, основанного на анализе суммарной площади возможного разрушения перекрытий вследствие возникновения аварийных ситуаций и отказа отдельных элементов зданий, расположенных в разных местах в плане и по высоте. Для анализа надежности пространственных железобетонных каркасов на основании принципа единичного отказа отдельной несущей конструкции было введено понятие коэффициента площади разрушения, позволяющего оценить влияние отказа несущего ключевого элемента здания на суммарную площадь разрушения перекрытий здания. В пространственных рамных конструкциях многоэтажных зданий с железобетонным каркасом ключевыми элементами конструктивной системы являются колонны, пилоны, ригели, балки, прочие элементы, участвующие в обеспечении общей устойчивости здания. Повышение надежности каркасного здания в целом предполагается путем введения дополнительного коэффициента надежности по живучести, зависящего от коэффициента площади разрушения. Кроме того, предложен алгоритм анализа и отбраковывания неудачных конструктивных систем каркасных зданий из монолитного железобетона, основанный на оценке излишне высоких коэффициентов площади разрушения здания. На примере двух построенных многоэтажных зданий жилого и общественного назначения с монолитными железобетонными каркасами проведен анализ их конструктивных систем.

The aim of the numerical research was to develop a method to improve the reliability of multistorey buildings with monolithic reinforced concrete frames. The method was based on the analysis of the total area of possible slab destruction due to emergencies and failure of individual building elements located in different places in the plan and in height. To analyze the reliability of spatial reinforced concrete frames according to the principle of single failure of a separate load-bearing structure, we introduced the concept of failure area coefficient. It allowed us to estimate the failure effect of a load-bearing key element of the building on the total failure area of the building slabs. In spatial frame structures of multistorey buildings with reinforced concrete frame, the key elements of the structural system are columns, pylons, collars, beams and other elements that ensure the overall stability of the building. Increasing the overall reliability of the frame building suggest the introducing an additional reliability coefficient of survivability depending on the failure area factor. In addition, we proposed an algorithm for analyzing and rejection of unsuccessful structural systems of monolithic reinforced concrete frame buildings based on the evaluation of excessively high ratios of building failure area. We analyzed the structural systems on the example of two constructed multistorey residential and public buildings with monolithic reinforced concrete frames.

коэффициент площади разрушениямонолитный железобетонкаркасное зданиенадежность зданиябезопасностьживучестьпрогрессирующее обрушениеfailure area coefficientmonolithic reinforced concreteframe buildingbuilding reliabilitysafetysurvivabilityprogressive collapseReferencesКудишин, Ю. И. К вопросу о живучести строительных конструкций / Ю. И. Кудишин, Д. Ю. Дробот // Строительная механика и расчет сооружений. – 2008. – № 2 (217). – С. 36–43.Kudishin, Yu. I., & Drobot, D. Yu. (2008). K voprosu o zhivuchesti stroitel'nykh konstruktsiy. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy, (2(217)), pp. 36-43. (In Russian).Кудишин, Ю. И. Методика расчета строительных конструкций на единичную живучесть / Ю. И. Кудишин, Д. Ю. Дробот. – Текст : электронный // cdn.scipeople.ru : сайт. – URL: http://cdn.scipeople.ru/materials/3970/статья_исп_5.pdf (дата обращения: 12.03.2024).Kudishin, Yu. I., & Drobot, D. Yu. (2009). Metodika rascheta stroitel'nykh konstruktsiy na edinichnuyu zhivuchest'. (In Russian). Available at: http://cdn.scipeople.ru/materials/3970/статья_исп_5.pdf (accessed 12.03.2024).Кудишин, Ю. И. Живучесть строительных конструкций – важный фактор снижения потерь в условиях аварийных ситуаций / Ю. И. Кудишин, Д. Ю. Дробот. – Текст : непосредственный // Металлические конструкции. – 2009. – Т. 15, № 1. – С. 59–71.Kudishin, Yu. I., & Drobot, D. Yu. (2009). Building structure survivability. Metal Constructions, 15(1), pp. 59-71. (In Russian).Травуш, В. И. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений / В. И. Травуш, В. И. Колчунов, Н. В. Клюева. – Текст : непосредственный // Промышленное и гражданское строительство. – 2015. – № 3. – С. 4–11.Travusн, V. I., Kolchunov, V. I., & Klyueva, N. V. (2015). Some directions of development of survivability theory of structural systems of buildings and structures. Industrial and Civil Engineering, (3), рр. 4-11. (In Russian).Травуш, В. И. Расчет параметра живучести рамно-стержневых конструктивных систем / В. И. Травуш, Н. В. Федорова. – Текст : непосредственный // Научный журнал строительства и архитектуры. – 2017. – № 1 (45). – С. 21–28.Travush, V. I., & Fedorova, N. V. (2017). Survivability parameter calculation for framed structural systems. Russian Journal of Building Construction and Architecture, (1), pp. 6-14. (In Russian).Клюева, Н. В. К построению критериев живучести коррозионно повреждаемых железобетонных конструктивных систем / Н. В. Клюева, Н. Б. Андросова. – Текст : непосредственный // Строительная механика и расчет сооружений. – 2009. – № 1 (222). – С. 29–34.Klyueva, N. V., & Androsova, N. B. (2009). K postroeniyu kriteriev zhivuchesti korrozionno povrezhdaemykh zhelezobetonnykh konstruktivnykh sistem. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy, (1(222)), pp. 29-34. (In Russian).Клюева, Н. В. К оценке живучести железобетонных рамно-стержневых конструктивных систем при внезапных запроектных воздействиях / Н. В. Клюева, О. А. Ветрова. – Текст : непосредственный // Промышленное и гражданское строительство. – 2006. – № 11. – С. 56–57.Klyueva, N. V., & Vetrova, O. A. (2006). K otsenke zhivuchesti zhelezobetonnykh ramno-sterzhnevykh konstruktivnykh sistem pri vnezapnykh zaproektnykh vozdeystviyakh. Industrial and Civil Engineering, (11), pp. 56-57. (In Russian).Тамразян, А. Г. Ресурс живучести – основной критерий проектных решений высотных зданий / А. Г. Тамразян. – Текст : непосредственный // Жилищное строительство. – 2010. – № 1. – С. 15–18.Tamrazyan, A. G. (2010). Resurs zhivuchesti – osnovnoy kriteriy proektnykh resheniy vysotnykh zdaniy. Housing Construction, (1), pp. 15-18. (In Russian).Колчунов, В. И. Некоторые проблемы живучести железобетонных конструктивных систем при аварийных воздействиях / В. И. Колчунов, Н. В. Федорова. – Текст : непосредственный // Вестник НИЦ «Строительство». – 2018. – № 1 (16). – С. 115–119.Kolchunov, V., & Fedorova, N. (2018). Current problems of reinforced concrete structural systems survivability at emergency impacts. Bulletin of the Scientific Research Center "Construction", (1(16)), рр. 115-119. (In Russian).Дьяков, И. М. Предпосылки и некоторые аспекты применения теории живучести к оценке работы подпорных стен на запредельные нагрузки / И. М. Дьяков. – Текст : непосредственный // Строительство и техногенная безопасность : Сборник научных трудов. – Симферополь : НАПКС, 2011. – Вып. 39. – С. 29–34.D'yakov, I. M. (2011). Predposylki i nekotorye aspekty primeneniya teorii zhivuchesti k otsenke raboty podpornykh sten na zapredel'nye nagruzki. Stroitel'stvo i tekhnogennaya bezopasnost': Sbornik nauchnykh trudov. Simferopol', NAPKS Publ., 39, рр. 29-34. (In Russian).Дьяков, И. М. Оценка живучести свайных удерживающих конструкций / И. М. Дьяков. – Текст : непосредственный // Строительство, материаловедение, машиностроение : Сборник научных трудов. – Днепропетровск : Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, 2013. – Вып. 69. – С. 169–174.D'yakov, I. M. (2013). Otsenka zhivuchesti svaynykh uderzhivayushchikh konstruktsiy. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie: Sbornik nauchnykh trudov. Dnepropetrovsk, Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture Publ., 69, pp. 169-174. (In Russian).Назаров, Ю. П. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях / Ю. П. Назаров, А. С. Городецкий, В. Н. Симбиркин. – Текст : непосредственный // Строительная механика и расчет сооружений. – 2009. – № 4 (225). – С. 5–9.Nazarov, Y. P., Gorodetsky, A. S., & Simbirkin, V. N. (2009). About a problem of survivability support of building structures subjected to emergency actions, (4(225)), pp. 5-9. (In Russian).Айдемиров, К. Р. (2010). Состояние проблемы прогрессирующего разрушения зданий и сооружений, классификация задач и подходы к их решению / К. Р. Айдемиров. – Текст : непосредственный // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, 2010. – № 1. – 13 с.Aydemirov, K. R. (2010). Sostoyanie problemy progressiruyushchego razrusheniya zdaniy i sooruzheniy, klassifikatsiya zadach i podkhody k ikh resheniyu. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, (1), 13 p. (In Russian).Бондаренко, В. М. Концепция и направления развития теории конструктивной безопасности зданий и сооружений при силовых и средовых воздействиях / В. М. Бондаренко, В. И. Колчунов. – Текст : непосредственный // Промышленное и гражданское строительство. – 2013. – № 2. – С. 28–31.Bondarenko, V. M., & Kolchunov, V. I. (2013). The concept and directions of development of the theory of structural safety of buildings and structures under the influence of force and environmental factors. Industrial and Civil Engineering, (2), pp. 28-31. (In Russian).Теличенко, В. И. Обеспечение стойкости зданий и сооружений при комбинированных особых воздействиях с участием пожара – базовый элемент системы комплексной безопасности / В. И. Теличенко, В. М. Ройтман. – Текст : электронный // Наука и безопасность : электронный журнал. – URL: https://www.pamag.ru/ pressa/mtsuz-cs (дата обращения: 10.02.2024).Telichenko, V. I., & Roytman, V. I. (2012). Obespechenie stoykosti zdaniy i sooruzheniy pri kombinirovannykh osobykh vozdeystviyakh s uchastiem pozhara – bazovyy element sistemy kompleksnoy bezopasnosti. Nauka i bezopasnost'. (In Russian). Available at: https://www.pamag.ru/pressa/mtsuz-cs (accessed 10.02.2024).Ройтман, В. М. Прогрессирующее обрушение высотных зданий: инженерные аспекты событий 11 сентября 2001 года / В. М. Ройтман. – Текст : электронный // Предотвращение аварий зданий и сооружений. – URL: https://prevdis.ru/progressiruyushhee-obrushenie-vysotnyh-zdanij-inzhenernye-aspekty-sobytij-11-sentyabrya-2001-goda/ (дата обращения: 10.02.2024).Roytman, V. M. (2014). Progressiruyushchee obrushenie vysotnykh zdaniy: inzhenernye aspekty sobytiy 11 sentyabrya 2001 goda. Predotvrashchenie avariy zdaniy i sooruzheniy. (In Russian). Available at: https://prevdis.ru/progressiruyushhee-obrushenie-vysotnyh-zdanij-inzhenernye-aspekty-sobytij-11-sentyabrya-2001-goda/ (accessed 10.02.2024).Алмазов, В. О. Динамика прогрессирующего разрушения монолитных многоэтажных каркасов / В. О. Алмазов, К. Као Зуй. – Москва : Издательство АСВ, 2013. – 128 с. – Текст : непосредственный.Almazov, V. O., & Kao Zuy, K. (2013). Dinamika progressiruyushchego razrusheniya monolitnykh mnogoetazhnykh karkasov. Moscow, ASV Publ., 128 p. (In Russian).Macromodel-based simulation of progressive collapse: reinforced concrete frame structures / Y. Bao, S. K. Kunnath, S. El-Tawil, H. S. Lew. – Текст : электронный // Journal of Structural Engineering. – 2008. – Vol. 134. – No. 7. – P. 1079–1091.Bao, Y. Kunnath, S. K., El-Tawil, S., & Lew, H. S. (2008). Macromodel-based simulation of progressive collapse: reinforced concrete frame structures. Journal of Structural Engineering, 134(7), pp. 1079-1091. (In English).An experimental and computational study of reinforced concrete assemblies under a column removal scenario. NIST Technical Note 1720 / H. S. Lew, Y. Bao, F. Sadek [et al.]. – URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/TechnicalNotes/NIST.TN.1720.pdf (дата обращения: 01.02.2024). – Текст : электронный.Lew, H. S., Bao, Y., Sadek, F. & Main, J. A. (2011). An experimental and computational study of reinforced concrete assemblies under a column removal scenario. NIST Technical Note 1720. (In English).Mosalam, Kh. M. Modeling progressive collapse in reinforced concrete framed structures / Kh. M. Mosalam. – Текст : электронный // Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering. – 2008. – URL: https://invenio.itam.cas.cz/record/11064?ln=en (дата обращения: 01.02.2024).Mosalam, K. M. (2008). Modeling progressive collapse in reinforced concrete framed structures. Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering. (In English). Available at: https://invenio.itam.cas.cz/record/11064?ln=en (accessed 01.02.2024).Improving collapse-resistance performance of steel frame with openings in beam web / B. Meng, J. Hao, W. Zhong [et al.]. – DOI 10.1016/j.istruc.2020.08.009. – Текст : непосредственный // Structures. – 2020. – No. 27 (8). – P. 2156–2169.Meng, B., Hao, J., Zhong, W., Tan, Z., & Duan, S. (2020). Improving collapse-resistance performance of steel frame with openings in beam web. Structures, (27), рр, 2156-2169. (In English).Малышкин, А. П. Опыт проектирования большепролетного покрытия с учетом недопущения прогрессирующего обрушения / А. П. Малышкин, А. В. Есипов. – Текст : непосредственный // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2014. – № 38 (57). – С. 40–48.Malyshkin, A. P., & Esipov, A. V. (2014). Experience of design of wide-span covering taking into account prevention of progressive collapse. Bulletin of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering, (38(57)), рр. 40-48. (In Russian).Алексеева, А. А. Анализ строительных норм для проектирования большепролетных зданий с учетом недопущения прогрессирующего обрушения / А. А. Алексеева, А. В. Есипов. – Текст : непосредственный // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, Тюмень, 22 декабря 2017 года / отв. ред. А. Н. Халин. – Т. I. – Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2018. – С. 48–52.Alekseeva, A. A., & Esipov, A. V. (2018). Analiz stroitel'nykh norm dlya proektirovaniya bol'sheproletnykh zdaniy s uchetom nedopushcheniya progressiruyushchego obrusheniya. Energosberezhenie i innovatsionnye tekhnologii v toplivno-energeticheskom komplekse: materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii studentov, aspirantov, molodykh uchenykh i spetsialistov, December, 22. Tyumen, Industrial University of Tyumen, 1, pp. 48-52. (In Russian).Волощук, Д. А. Нормативные требования при проектировании высотных зданий с учетом соблюдения требований прогрессирующего обрушения / Д. А. Волощук, А. В. Есипов. – Текст : непосредственный // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, Тюмень, 22 декабря 2017 года / отв. ред. А. Н. Халин. – Т. I. – Тюмень : Тюменский индустриальный университет, 2018. – С. 78–81.Voloshchuk, D. A., & Esipov, A. V. (2018). Normativnye trebovaniya pri proektirovanii vysotnykh zdaniy s uchetom soblyudeniya trebovaniy progressiruyushchego obrusheniya. Energosberezhenie i innovatsionnye tekhnologii v toplivno-energeticheskom komplekse: materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii studentov, aspirantov, molodykh uchenykh i spetsialistov, December, 22. Tyumen, Industrial University of Tyumen, 1, pp. 78-81. (In Russian).Есипов, А. В. Расчет прогонов с учетом недопущения прогрессирующего обрушения шатра покрытия здания со стальным каркасом / А. В. Есипов, А. А. Алексеева. – Текст : непосредственный // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. – 2018. – № 4 (39). – С. 89–93.Esipov, A. V., & Alekseeva, A. A. (2018). Raschet progonov s uchetom nedopushcheniya progressiruyushchego obrusheniya shatra pokrytiya zdaniya so stal'nym karkasom. Akademicheskij Vestnik URALNIIPROEKT RAASN, (4(39)), pp. 89-93. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.