vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2025-27-4-109-119IHTTVIvestniktgasu-2158Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONМоделирование напряженного состояния колонн и связей экспериментального здания от прогрессирующего обрушения расчетными методамиComputational Modeling of Progressive Collapse-Induced Stress-Strain State of Columns and Assemblies in Experimental BuildingПодшиваловИ. И.PodshivalovI. I.

Подшивалов Иван Иванович, канд. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Ivan I. Podshivalov, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

ivanpodchivalov@list.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202527082025274109119Copyright © Подшивалов И.И., 20252025Подшивалов И.И.Podshivalov I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/2158

Объектом исследования является экспериментальный пятиэтажный сборно-монолитный безригельный каркас здания с подвалом системы КУБ 2.5 с уровнем ответственности КС-2.

Целью работы являлась расчетная оценка возможности прогрессирующего обрушения каркаса здания при выключении средней колонны в подвале с помощью трех методов – квазистатического и динамического, а также кинематического метода предельного равновесия.

Моделирование напряженно-деформированного состояния сборно-монолитного железобетонного каркаса выполнено в ПВК Ing+ MicroFe с разработкой пространственной конечно-элементной модели.

Полученные результаты показали невозможность прогрессирующего обрушения каркаса при удалении средней колонны в подвале экспериментального здания.

При сравнении результатов расчета каркаса от прогрессирующего обрушения тремя методами получена сходимость результатов по предельной нагрузке в колоннах и связях в пределах 15 %. Динамический метод расчета показал более высокие значения предельной нагрузки по сравнению с квазистатическим и кинематическим методом предельного равновесия.

Purpose

Purpose: The aim of this work is to evaluate the probability of progressive collapse due to the removed column in a basement of the experimental building using three computational methods – quasi-static, dynamic and kinematic methods of the limit equilibrium.

Methodology/approach

Methodology/approach: The stress-strain state of the semi prefabricated building system is performed by the finite element method using the verified software package Ing+ MicroFe.

Research findings

Research findings: It is shown that no progressive collapse can occur with the removed column in a basement of the experimental building. A 15 % precision is obtained in comparing calculation results of the progressive collapse by three methods of the limit equilibrium. The dynamic approach provides larger values of the ultimate load than the quasi-static and kinematic approaches.

сборно-монолитный каркаспрогрессирующее обрушениевыключение колоннырасчетная модельнапряженное состояниеsemi prefabricated building systemprogressive collapseremoved columncomputational modelstress-strain stateReferencesУнифицированная система сборно-монолитного каркаса КУБ 2.5. Выпуск 1-1. Москва : Стройиздат, 1990. 49 с.Unified Reinforced Concrete Composite Frame KUB 2.5. Issue 1-1. Moscow: Stroiizdat, 1990. 49 p. (In Russian)Митасов В.М., Коянкин А.А. Работа диска сборно-монолитного перекрытия // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 3. С. 103–104.Mitasov V.M., Koyankin A.A. Disc Operation of Reinforced Concrete Composite Slab. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2014; (3): 103–104. (In Russian)Коянкин А.А., Митасов В.М. Каркас сборно-монолитного здания и особенности его работы на разных жизненных циклах // Вестник МГСУ. 2015. № 9. С. 28–35.Koyankin A.A., Mitasov V.M. Prefabricated Solid Building Frame and its Properties in Different Life Cycles. Vestnik MGSU. 2015; (9): 28–35. (In Russian)Маковский С.А., Новиков М.В., Маковская Т.А. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния монолитного перекрестно-ребристого перекрытия // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2017. № 2. С. 91–96. DOI: 10.17213/0321-2653-2017-2-91-96. EDN: YTPOIJMakovskii S.A., Novikov M.V., Makovskaya T.A. Finite Element Analysis of the Stress-Strain State of Cast-in-Place Beam-and-Slab Floor. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauki. 2017; (2): 91–96. DOI: 10.17213/0321-2653-2017-2-91-96 (In Russian)Яров В.А., Скрипальщиков К.В. Безригельные монолитные перекрытия многоэтажных зданий с колоннами крестового сечения // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 2. С. 97–91.Yarov V.A., Skripal'shchikov K.V. Reinforced Concrete Composite Frame without Collar Beams with X Cross-Section. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2009; (2): 97–91. (In Russian)Клюева Н.В., Колчунов В.И., Рыпаков Д.А., Бухтиярова А.С. Прочность и деформативность сборно-монолитных каркасов жилых зданий пониженной материалоемкости при запроектных воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 1. С. 5–9.Klyueva N.V., Kolchunov V.I., Rypakov D.A., Bukhtiyarova A.S. Strength and Deformability of Prefabricated Monolithic Frames of Residential Buildings of Reduced Material Intensity under Off-Design Impacts. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2015: (1): 5–9. (In Russian)Райзер В.Д. К проблеме живучести зданий и сооружений // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 5. С. 77–78.Raizer V.D. Toward the Building Robustness. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzhenii. 2012; (5): 77–78. (In Russian)Краснощеков Ю.В., Мельникова С.О., Екимов А.А. Живучесть многоэтажного здания со связевым каркасом // Вестник СибАДИ. 2016. Вып. 2 (48). С. 100–104.Krasnoshchekov Yu.V., Mel'nikova S.O., Ekimov A.A. Survivability of Multi-Floor Building with Braced Framing. Vestnik SibADI. 2016; 48 (2):100–104. (In Russian)Травуш В.И., Колчунов В.И., Леонтьев Е.В. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения в рамках законодательных и нормативных требований // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 2. С. 46–54. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.02.46-54. EDN: YXLQNVTravush V.I., Kolchunov V.I., Leont'ev E.V. Building Protection Against Progressive Collapse in Terms of Legal and Regulatory Documents. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2019; (2): 46–54. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.02 (In Russian)Кодыш Э.Н. Проектирование защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения с учетом возникновения особого предельного состояния // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 10. С. 95–101.Kodysh E.N. Design Protection of Buildings Against Progressive Collapse, with Respect to Limit State. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2018; (1): 95–101. (In Russian)Алмазов В.О., Кхой Као Зуй. Динамика прогрессирующего разрушения монолитных многоэтажных каркасов. Москва : Изд-во АСВ, 2013. 128 с.Almazov V.O., Kkhoi Kao Zui. Dynamics of Progressive Collapse of Reinforced Concrete Composite Frames of Multi-Floor Buildings. Moscow: ASV. 128 p. (In Russian)Ведяков И.И., Ефремов П.Г., Одесский П.Д., Попов Н.А., Соловьев Д.В. Расчет строительных конструкций на прогрессирующее обрушение: нормативные требования // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 4. С. 16–24. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.04.16-24. EDN: ZIJLADVedyakov I.I., Efremov P.G., Odesskii P.D., Popov N.A., Solov'ev D.V. Progressive Collapse Analysis of Buildings: Normative Requirements. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2019; (4): 16–24. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.04 (In Russian)Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Чесноков Д.А. Защита многоэтажных зданий от прогрессирующего обрушения // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 6. С. 9–13.Kodysh E.N., Trekin N.N., Chesnokov D.A. Protection of Multi-Floor Buildings Against Progressive Collapse. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016; (6): 9–13. (In Russian)Кабанцев О.В., Тамразян А.Г. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5. С. 15–26. DOI: 10.5862/MCE. 49.2. EDN: SKHSAVKabantsev O.V., Tamrazyan A.G. Consideration of Changes in Design Diagram in Structural Analysis. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2014; (5): 15–26. DOI: 10.5862/MCE.49.2 (In Russian)Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Цуриков С.Г., Лукьянов В.И. Расчет железобетонного каркаса здания с учетом аварийного воздействия во временной области // Инженерный вестник Дона. 2015. № 2.Kravchenko G.M., Trufanova E.V., Tsurikov S.G., Luk'yanov V.I. Strength Analysis of Reinforced Concrete Frame of the Building, with Respect to Possible Collapse Impact. Inzhenernyi vestnik Dona. 2015; (2): 15. (In Russian)Подшивалов И.И. Анализ результатов моделирования напряженного состояния колонн и связей экспериментального здания от прогрессирующего обрушения // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. Т. 24. № 3. С. 180–190. DOI: 10.31675/1607-1859-2022-24-3-180-190. EDN: JQGQZEPodshivalov I.I. Progressive Collapse Analysis of Experimental Building Skeleton Based on Stress-Strain State of Columns and Joints. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2022; 24 (3): 180–190. DOI: 10.31675/1607-1859-2022-24-3-180-190. EDN: JQGQZE (In Russian)

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