constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2023-107-3-70-81construction-612Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙBUILDING AND STRUCTURE SAFETYКонструктивная система быстровозводимого здания из индустриальных панельно-рамных элементовBuilding structural system made of industrial frame-panel elementsФедороваН. В.FedorovaN. V.

Федорова Наталия Витальевна,  Советник РААСН, доктор технических наук, профессор, зав. кафедройархитектурно-строительного проектирования, директор филиала НИУ МГСУ в г. Мытищи, ведущий научный сотрудник

г. Москва

Fedorova Natalia V. Advisor to RAACS, doctor of technical sciences, professor, Head of the Department of Architectural and Construction Design, Director of the branch of Moscow, leading researcher.

Moscow

 

fenavit@mail.ruСавинС. Ю.SavinS. Yu.

Савин Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры железобетонных икаменных конструкций, старший научный сотрудник

г. Москва, Россия, 

Savin Sergey Yu., candidate of technical science, associate professor of the department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, senior researcher

 Moscow

savinsyu@mgsu.ruКолчуновВ. И.KolchunovV. I.

Колчунов Виталий Иванович, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций, главный научный сотрудник

г. Москва

Kolchunov Vitaly Iv.  professor of the Department ofReinforced Concrete and Stone Structures, chief researcher.

Moscow

 

asiorel@mail.ruМосковцеваВ. С.MoskovtsevaV. S.

Московцева Виолетта Сергеевна, инженер

 г. Москва

Moskovtseva Violetta S. engineer.

Moscow

lyavetka1@mail.ruАмелинаМ. А.AmelinaM. A.

Амелина Маргарита Андреевна, студент  кафедры уникальных зданий и сооружений

г. Курск

Amelina Margarita A. student of the Department of Unique Buildings and Structures

Kursk

margo.dremova@mail.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»; Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наукMoscow State University of Civil Engineering; Scientific Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction SciencesНаучно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наукScientific Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction SciencesФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»South-West State University202312072023037081Copyright © Федорова Н.В., Савин С.Ю., Колчунов В.И., Московцева В.С., Амелина М.А., 20232023Федорова Н.В., Савин С.Ю., Колчунов В.И., Московцева В.С., Амелина М.А.Fedorova N.V., Savin S.Y., Kolchunov V.I., Moskovtseva V.S., Amelina 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://construction.elpub.ru/jour/article/view/612

Приведено новое конструктивное решение сборно-монолитного каркаса для быстровозводимых жилых и гражданских зданий разной этажности из индустриальных железобетонных элементов заводского изготовления. Сборные конструкции каркаса включают в себя «L»-образные и перевернутые «П»-образные сборные элементы, устанавливаемые в продольном и поперечном направлениях и образующие стоечно-балочный каркас, многопустотные плиты и обвязочные перфорированные ригели наружного контура, на которые оперты ограждающие не несущие стеновые конструкции в пределах каждого этажа. Расчетная модель сборно-монолитного каркаса здания построена с использованием различной степени дискретизации на разных этапах расчета. Это позволило получить как общую картину деформирования конструктивной системы в предельных и запредельных состояниях, вызванных особыми и аварийными воздействиями, так и детальную картину напряженного состояния в бетоне и арматуре отдельных конструктивных элементов до и после образования трещин. Приведены результаты сопоставительного анализа эффективности применения предложенной конструктивной системы в массовом строительстве по сравнению с применяемыми конструкциями крупнопанельных зданий, показано, что применение предложенных конструкций из панельно-рамных элементов позволяет значительно снизить материалоемкость, стоимость и транспортные расходы железобетонного каркаса здания до 30%, при обеспечении его механической безопасности.

The paper presents a new structural solution of the precast-monolithic frame for prefabricated residential and civil buildings of various storeys manufactured from prefabricated industrial reinforced concrete elements. The precast frame structures include L-shaped and inverted Ushaped precast elements, installed in the longitudinal and transverse directions and forming a frame, hollow-core slabs and bracing perforated beams of the outer contour, on which fencing non-bearing wall structures are supported within each storey. The computational model of the precast-monolithic building frame was developed using different degrees of discretization at different stages of the analysis. This allowed to obtain both a general picture of structural system deformation in the limiting and over limit states caused by special and emergency actions, and a detailed picture of the stressed state in concrete and reinforcement of structural elements before and after cracking. The paper provides the results of the comparative analysis of the effectiveness of application of the proposed structural system in the mass construction as compared with the applied constructions of large-panel buildings. It has been shown that the application of the proposed structures of panel-frame elements allows considerably reduce the material capacity, cost and transportation expenses of the reinforced concrete frame by up to 30 %, ensuring the mechanical safety of the building.

конструктивная системабыстрая возводимостьжелезобетониндустриальное домостроениепанельно-рамные элементырасчетный анализконструктивная безопасностьstructural systemfast constructionreinforced concreteindustrial housing constructionframe-panel elementscomputational analysisstructural safetyReferencesКлюева Н.В., Колчунов В.И., Рыпаков Д.А., Бухтиярова А.С. Жилые и общественные здания из железобетонных панельно-рамных элементов индустриального производства // Жилищное строительство. 2015. № 5. С. 69-75.Klyueva N.V., Kolchunov V.I., Rypakov D.A., Buhtiyarova A.S. ZHilye i obshchestvennye zdaniya iz zhelezobetonnyh panel'no-ramnyh elementov industrial'nogo proizvodstva [Residential and public buildings from reinforced concrete panel-frame elements of industrial production]. Housing Construction. 2015. No. 5. Pp. 69-75. (rus).Николаев С.В. Инновационная замена КПД на панельно-монолитное домостроение (ПМД) // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 3-10.Nikolaev S.V. Innovacionnaya zamena KPD na panel'no-monolitnoe domostroenie (PMD) [Innovative replacement of large-panel housing construction by panel-monolithichousing construction (PMHC)]. Housing Construction. 2019. No. 3. Pp. 3-10. (rus).Николаев С.В. Новые подходы к развитию индустриального домостроения // Строительство: новые технологии - новое оборудование. 2019. № 12. С. 73-79.Nikolaev S.V. Novye podhody k razvitiyu industrial'nogo domostroeniya [New approaches to the development of industrial housing construction]. Construction: new technologies - new equipment. 2019. No 12. Pp. 73-79. (rus).Савин С.Ю. Устойчивость внецентренно сжатых железобетонных элементов при особых воздействиях с учетом деформаций сдвига // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 1. С. 49-58.Savin S.YU. Ustojchivost' vnecentrenno szhatyh zhelezobetonnyh elementov pri osobyh vozdejstviyah s uchetom deformacij sdviga [Stability of eccentrically compressed reinforced concrete elements under special impacts with account taken of shear deformations]. Vestnik MGSU. 2021. Vol. 16. No. 1. Pp. 49-58. (rus).Травуш В.И., Шапиро Г.И., Колчунов В.И., Леонтьев Е.В., Федорова Н.В. Проектирование защиты крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 40-46.Travush V.I., SHapiro G.I., Kolchunov V.I., Leont'ev E.V., Fedorova N.V. Proektirovanie zashchity krupnopanel'nyh zdanij ot progressiruyushchego obrusheniya [Design of protection of large-panel buildings against progressive collapse]. Housing Construction. 2019. No. 3. Pp. 40-46. (rus).Савин С.Ю., Федорова Н.В., Емельянов С.Г. Анализ живучести сборно-монолитных каркасов многоэтажных зданий из железобетонных панельно-рамных элементов при аварийных воздействиях, вызванных потерей устойчивости одной из колонн // Жилищное строительство. 2018. № 12. С. 3-7.Savin S.YU., Fedorova N.V., Emel'yanov S.G. Analiz zhivuchesti sborno-monolitnyh karkasov mnogoetazhnyh zdanij iz zhelezobetonnyh panel'no-ramnyh elementov pri avarijnyh vozdejstviyah, vyzvannyh poterej ustojchivosti odnoj iz kolonn [Survivability analysis of reinforced concrete frameworks of multi-storey buildings made of frame-panel elements using combination of prefabricated and monolithic concretein case of accidental impacts caused by loss of stability of one of the columns]. Housing Construction. 2018. No. 12. Pp. 3-7. (rus).Колчунов В.И., Федорова Н.В., Савин С.Ю. Динамические эффекты в статически неопределимых физически и конструктивно нелинейных системах // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 42-51Kolchunov V.I., Fedorova N.V., Savin S.YU. Dinamicheskie effekty v staticheski neopredelimyh fizicheski i konstruktivno nelinejnyh sistemah [Dynamic effects in statically indeterminate physically and structurally nonlinear structural systems]. Industrial and Сivil engineering. 2022. No. 9. Pp. 42-51. (rus).Демьянов А.И., Алькади С.А. Статико-динамическое деформирование железобетонных элементов пространственной рамы при их сложном сопротивлении // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 11 (719). С. 20-33.Dem'yanov A.I., Al'kadi S.A. Statiko-dinamicheskoe deformirovanie zhelezobetonnyh elementov prostranstvennoj ramy pri ih slozhnom soprotivlenii [Static-dynamic deformation of reinforced concrete elements of the spatial frame at their complex resistance]. News of higher educational institutions. Construction 2018. No. 11 (719). Pp. 20-33. (rus).Parisi F., Scalvenzi M. Progressive collapse assessment of gravity-load designed European RC buildings under multi-column loss scenarios // Engineering Structures. 2020. Vol. 209. Pp.110001.Parisi F., Scalvenzi M. Progressive collapse assessment of gravity-load designed European RC buildings under multi-column loss scenarios // Engineering Structures. 2020. Vol. 209. Pp.1 10001.Zhang W.X., Wu H., Zhang J.Y., Hwang H., Jong, Yi W.J. Progressive collapse test of assembled monolithic concrete frame spatial substructures with different anchorage methods in the beam–column joint // Advances in Structural Engineering. 2020. Vol. 23. No. 9. Pp.1785-1799.Zhang W.X., Wu H., Zhang J.Y., Hwang H., Jong, Yi W.J. Progressive collapse test of assembled monolithic concrete frame spatial substructures with different anchorage methods in the beam–column joint. Advances in Structural Engineering. 2020. Vol. 23. No. 9. Pp. 1785-1799.Zhou. Y., Hu X., Pei Y., Hwang H.J., Chen T., Yi W., Deng L. Dynamic load test on progressive collapse resistance of fully assembled precast concrete frame structures // Engineering Structures. 2020. Vol. 214. Pp. 110675.Zhou. Y., Hu X., Pei Y., Hwang H.J., Chen T., Yi W., Deng L. Dynamic load test on progressive collapse resistance of fully assembled precast concrete frame structures. Engineering Structures. 2020. Vol. 214. Pp. 110675.Xuan W., Wang L., Liu C., Xing G., Zhang L., Chen H. Experimental and theoretical investigations on progressive collapse resistance of the concrete-filled square steel tubular column and steel beam frame under the middle column failure scenario // Shock and Vibration. 2019. Vol. 2019. Pp. 1 –12. doi:10.1155/2019/2354931Xuan W., Wang L., Liu C., Xing G., Zhang L., Chen H. Experimental and theoretical investigations on progressive collapse resistance of the concrete-filled square steel tubular column and steel beam frame under the middle column failure scenario. Shock and Vibration. 2019. Vol. 2019. Pp. 1 –12. doi:10.1155/2019/2354931Lin K., Lu X., Li Y., Guan H. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2019. Vol. 119. Рр. 390–407.Lin K., Lu X., Li Y., Guan H. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2019. Vol. 119. Рр. 390–407.Соколов Б.С. Теоретические основы методики расчета штепсельных стыков железобетонных конструкций зданий и сооружений // Жилищное строительство. 2016. № 3. С. 60-63.Sokolov B.S. Teoreticheskie osnovy metodiki rascheta shtepsel'nyh stykov zhelezobetonnyh konstrukcij zdanij i sooruzhenij [Theoretical basis of calculation methods of plug joints of reinforcedconcrete structures of buildings and constructions]. Housing Construction. 2016. No. 3. Pp. 60-63. (rus).Колчунов Вл.И., Мартыненко Д.В. Деформирование и трещинообразование конструкции платформенного стыка в сборно-монолитном каркасе здания // Строительство и реконструкция. 2020. № 4 (90). С. 38-47.Kolchunov Vl.I., Martynenko D.V. Deformirovanie i treshchinoobrazovanie konstrukcii platformennogo styka v sborno-monolitnom karkase zdaniya [Deformation and cracking of the platform joint of the prefabricatedmonolithicrc building frame] // Building and Reconstruction. 2020. No. 4 (90). Pp. 38-47. (rus).Savin S, Kolchunov V, Fedorova N, Tuyen Vu N. Experimental and Numerical Investigations of RC Frame Stability Failure under a Corner Column Removal Scenario // Buildings. 2023. Vol. 13(4). Pp. 908. https://doi.org/10.3390/buildings13040908Savin S, Kolchunov V, Fedorova N, Tuyen Vu N. Experimental and Numerical Investigations of RC Frame Stability Failure under a Corner Column Removal Scenario. Buildings. 2023. Vol. 13(4). Pp. 908. https://doi.org/10.3390/buildings13040908Savin S.Y., Kolchunov V.I., Emelianov S.G. Modelling of resistance to destruction of multi-storey frameconnected buildings at sudden loss of bearing elements stability // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk. 2018. Рр. 012089.Savin S.Y., Kolchunov V.I., Emelianov S.G. Modelling of resistance to destruction of multi-storey frameconnected buildings at sudden loss of bearing elements stability. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 2018. Рр. 012089.Feng. F.F., Hwang H.J., Yi W.J. Static and dynamic loading tests for precast concrete moment frames under progressive collapse // Engineering Structures. 2020. Vol. 213. Рр.110612.Feng. F.F., Hwang H.J., Yi W.J. Static and dynamic loading tests for precast concrete moment frames under progressive collapse. Engineering Structures. 2020. Vol. 213. Рр.110612.Кончковский З. Плиты. Статические расчеты. М.: Стройиздат, 1984. 480 с.Konchkovskij Z. Plity. Staticheskie raschety. [Plates. Static calculations] Moscow: Strojizdat, 1984. 480 p. (rus).Adam J. M., Buitrago M., Bertolesi E., Sagaseta J., Moragues J.J. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a corner-column failure scenario // Engineering Structures. 2020. Vol. 210. Рр. 110414. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110414Adam J.M., Buitrago M., Bertolesi E., Sagaseta J., Moragues J.J. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a corner-column failure scenario. Engineering Structures. 2020. Vol. 210. Рр. 110414. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110414

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