Несущая способность стального каркаса многоэтажного модульного здания с учетом жесткости быстросборных соединений

DOI: 10.37153/2618-9283-2023-6-8-44

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: стальные конструкции, модульное строительство, быстрое строительство, несущая способность, межмодульные соединения, вращательная жесткость, расчетная длина
Аннотация:

Статья посвящена анализу расчетных и конструктивных проблем, возникающих при проектировании многоэтажных модульных зданий со стальным каркасом. В работе описаны основные тенденции строительства и классификации объемно-блочных зданий в России и мире.

Объектом исследования являются быстросборные соединения сжато-изогнутых несущих элементов каркасных модульных систем.

Основная цель работы – получение достоверных аналитических и расчетно-теоретических данных для определения характеристик вращательной жесткости узлов соединения модулей и оценка ее влияния на напряженно-деформированное состояние каркаса и его элементов.

В рамках работы определена концепция решения экспериментального модульного здания с применением двутавровых колонн в составе каркаса, а также межмодульных узлов их сопряжения. В качестве основного конструктивного решения узлов рассмотрены фланцевые соединения на высокопрочных болтах без контролируемого натяжения. Запроектированные узлы предусматривают наличие ревизионных окошек для доступа к метизам. Выполнено численное исследование с оценкой несущей способности и жёсткости соединений. Методом конечных элементов проведена оценка влияния этой жесткости на поведение каркаса в отношении двух групп предельных состояний.

В работе обоснована актуальность применения двутавровых профилей в качестве колонн каркаса модульного здания, что в современной практике не является распространенным решением. Разработанная концепция быстросборных межмодульных фланцевых соединений позволяет обеспечить безопасность здания при сокращении сроков и трудозатрат на его монтаж.

Используемая литература:

1. Совершенствование конструктивно-технологических решений для строительства модульных быстровозводимых многоэтажных зданий (заключительный): отчет о НИР/ руководитель Н.И. Ватин; исполнители: Д.В. Немова, М.М. Сабри, И.Л. Котлярская [и др.]; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, ФГАОУ ВО «СПБПУ». Санкт-Петербург, 2022. 149 с. № госрегистрации 122113000042-6.

2. Выполнение работ по мониторингу и анализу мировой практики строительства зданий заводского изготовления, включая модульные здания, типовые конструкции и унифицированные решения (заключительный): отчет о НИР/ руководитель В.А. Волкодав; исполнители: И.А. Волкодав, В.В. Ильин, П.В. Ильин [и др.]; ООО «НИЦ ЦПС». Санкт-Петербург, 2022. 156 с. № регистрации: 122113000178-2.

3. СП 501.1325800.2021 «Здания из крупногабаритных модулей. Правила проектирования и строительства. Основные положения». Стандартинформ, 2021.

4. СП 16.13330.2017 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции». Стандартинформ, 2017.

5. СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования». Стандартинформ, 2017.

6. Туснина В.М., Платонова В.Д. Численный анализ жесткости фланцевых узлов «балка–колонна» // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 9. С. 28–33.

7. Бакшанский И.С., Жабинский А.Н. Влияние конструктивных особенностей болтовых фланцевых узлов на распределение внутренних усилий в поперечной раме здания // Проблемы современного строительства: материалы Международной научно–технической конференции. Минск. 2019. С. 49–59.

8. Широков В.С. Конструктивные особенности модульных зданий // Вестник евразийской науки. 2022. Т. 14. № 3. URL: https://esj.today/PDF/03SAVN322.pdf

9. Lacey A.W., Chen W., Hao H., Bi K. Review of bolted inter-module connections in modular steel buildings. Journal of Building Engineering, 2019, vol. 23, pp. 207–219.

10. Khan K., Yan J.-B. Numerical studies on the seismic behaviour of a prefabricated multi-storey modular steel building with new-type bolted joints. Advanced Steel Construction, 2021, vol. 17, pp. 1–9.

11. Deng E.-F., Yan J.-B., Ding Y., Zong L., Li Z.-X., Dai X.-M. Analytical and numerical studies on steel columns with novel connections in modular construction. International Journal of Steel Structures, 2017, vol. 17(4), pp. 1613–1626.

12. Rajanayagam H., Poologanathan K., Gatheeshgar P., Varelis G.E., Sherlock P., Nagaratnam B., Hackney P. A-State-Of-The-Art review on modular building connections. Structures, 2021, vol. 34, pp. 1903–1922.

13. Широков В.С., Алпатов В.Ю., Гордеев Е.А. Исследование жесткости узлов соединений ригеля и стойки модульных быстровозводимых зданий // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16, выпуск 1. С. 20–29.

14. Володин М.С., Катюшин В.В., Конин Д.В., Олуромби А.Р., Рычков С.П. Нормирование требований к проектированию и приемке фланцевых соединений на основании экспериментальных данных и расчетов // Строительная механика и расчет сооружений. 2020. № 1 (288). С. 62–73.

15. Коржов О.В. Несущая способность и деформативность податливых узловых сопряжений стальных перекрестных балок: специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Коржов Олег Викторович; ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко (структурное подразделение ОАО «НИЦ «Строительство»). Москва, 2010. 158 с.

16. Styles A.J., Luo F.J., Bai Y., Murray-Parkes J.B. Effects of joint rotational stiffness on structural response of multi-story modular buildings. In: Mair R.J., Soga K., Jin Y., Parlikad A.L., Schooling J.M., editors. Proceedings of the International Conference on Smart Infrastructure and Construction. London: ICE Publishing. 2016. P. 457–462.

17. Lacey A.W., Chen W., Hao H., Bi K. Effect of inter-module connection stiffness on structural response of a modular steel building subjected to wind and earthquake load. Engineering Structures, 2020, vol. 213, 110628.

18. Туснина О.А., Данилов А.И. Жесткость рамных узлов сопряжения ригеля с колонной коробчатого сечения // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 4(64). С. 40–51.

19. Бычков Д.В. Строительная механика стержневых тонкостенных конструкций. М.: Госстройиздат. 1962. 476 с.

20. METALOQ [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://www.metaloq.com/home (дата обращения 07.05.2023)

21. Joints in Steel Construction: Moment-Resisting Joints to Eurocode 3. Ascot, Berkshire: The Steel Construction Institute (SCI) and The British Constructional Steelwork Association (BCSA). 2013, 172 p.

22. Joints in Steel Construction. Moment Connections. Ascot, Berkshire: The Steel Construction Institute (SCI). 1995, 239 p.

23. Joints in Steel Construction: Simple Joints to Eurocode 3. Ascot, Berkshire: The Steel Construction Institute (SCI) and The British Constructional Steelwork Association (BCSA). 2014, 484 p.

24. Moment resisting connections [Электронный ресурс] URL: https://www.steelconstruction.info/Moment_resisting_connections (дата обращения 29.04.2023).

25. ГОСТ Р 57977-2017 Сменные головки.

26. СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия». Стандартинформ, 2017.

27. Программа SCAD [Электронный ресурс] URL: https://scadsoft.com/help/SCAD/ru/index.htm#t=SCAD1049%2Fabout_SCAD.htm (дата обращения 17.09.2023).

28. СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции». Госстрой, ФАУ ФЦС, 2013.

29. СТО АРСС 11251254.001-021.01 Руководство по проектированию стальных конструкций многоэтажных зданий (Часть 2. Узлы) (в развитие СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции») / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко – институт АО «НИЦ «Строительство». М.: Ассоциация «Объединение участников бизнеса по развитию стального строительства», 2021.

30. Рекомендации по расчету стальных конструкций на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций / ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова. М.: ЦНИИПСК им. Мельникова, 1985.