Коэффициент динамичности модульных зданий при сейсмическом воздействии

DOI: 10.37153/2618-9283-2022-4-23-33

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: модульные здания, сейсмическое воздействие, коэффициент динамичности, период колебаний
Аннотация:

Строительство модульных зданий является актуальным направлением исследований в настоящее время. При возведении модульных зданий в труднодоступных районах отдельное внимание следует уделять рассмотрению сейсмических воздействий. При этом в Российской Федерации имеется не так много исследований, посвященных работе модульных зданий на динамические воздействия.

В данной статье изучается влияние параметров модульных зданий на коэффициенты динамичности при сейсмическом воздействии. Для исследования влияния жесткостей элементов на коэффициент динамичности использована аналитическая формула определения периода собственных колебаний, полученная для модульных зданий с опорными стойками, жесткими внутримодульными и шарнирными межмодульными соединениями. На основе граничных значений моментов инерции стоек, при которых происходит уменьшение коэффициента динамичности, произведена оценка реальных конструктивных решений при различных соотношениях моментов инерции ригеля и стойки одно-, двух- и трехэтажных модульных зданий. Размеры модулей приняты 3×6×3(h) м, нагрузка на перекрытие – 100 кг/м² и 150 кг/м².

Выявлено, что при грунтовых условиях III и IV категории практически все рассмотренные конструктивные решения модульных зданий имеют коэффициент динамичности, равный 2,5 даже для трехэтажных зданий. При грунтовых условиях I и II категории наблюдается снижение коэффициента динамичности некоторых конструктивных решений для зданий выше двух этажей. При любых грунтовых условиях для одноэтажных модульных зданий коэффициент динамичности равен 2,5. Наиболее неудачным решением с точки зрения сейсмического воздействия является такое, при котором отношение моментов инерции ригеля и стойки меньше единицы.

Используемая литература:

1.      Бадьин Г.М., Сычев С.А. Анализ дефектов монтажа и эксплуатации быстровозводимых конструкций // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2–1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21019 (дата обращения: 01.08.2022)

2.      Исходжанова Г.Р. Перспективы применения блочно-модульных структур зданий для условий высокогорья // Вестник КРСУ. 2013. Т. 13, № 7. С. 151 – 155.

3.      Муксинов Р.М., Семенов В.С., Акбаралиев Р.Ш. Сейсмобезопасные, быстровозводимые и мобильные здания для жизнеобеспечения населения в чрезвычайных ситуациях // Вестник КРСУ. 2012. Т. 12. № 7. С. 110 –114.

4.      Тимощенко А.А., Куправа Л.Р., Москалев М.Б., Чарник Д.Г. Особенности строительства модульных зданий в высоких широтах // Вестник студенческого научного общества. 2018. № 2. С. 154 –156.

5.      Вашпанов К.С. Сейсмостойкость объемно-модульных зданий // Вестник Череповецкого государственного университета. 2012. № 4. С. 7–11.

6.      Грановский А.В., Смирнов В.А., Федоров М.В., Сазонов А.С., Елутин А.М., Эр-Очир А. К оценке сейсмостойкости зданий, изготовленных по объемно-модульной технологии фирмы «Кнауф» // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 2. С. 34 – 39. Doi: 10.33622/0869-7019.2020.02.34-39

7.      Annan C.D., Youssef M.A., El-Naggar M.H. Experimental evaluation of the seismic performance of modular steel-braced frames. Engineering Structures. 2009, V. 31, pp. 1435–1446. Doi:10.1016/j.engstruct.2009.02.024

8.      Annan C.D., Youssef M.A., El-Naggar M.H. Seismic overstrength in braced frames of modular steel buildings. Journal of Earthquake Engineering. 2009, V. 13, pp. 1–21. Doi: 10.1080/13632460802212576

9.      Annan C.D., Youssef M.A., El-Naggar M.H. Seismic vulnerability assessment of modular steel buildings. Journal of Earthquake Engineering. 2009, V. 13, pp. 1065–1088. Doi: 10.1080/13632460902933881

10. Shi F., Wang H., Zong L., Ding Y., Su J. Seismic behavior of high-rise modular steel constructions with various module layouts. Journal of Building Engineering. 2020, v, 31, 101396. Doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101396

11. 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, V. 213, 110628. Doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110628

12. Lacey A.W., Chen W., Hao H., Bi K. Numerical study of the structural response to wind loading: modular building case study. 13th International Conference on Steel, Space and Composite Structures 31 January – 2 February 2018, Perth, Australia. 2018.

13. Lacey A.W., Chen W., Hao H., Bi K. Structural Response of Modular Buildings – An Overview. Journal of Building Engineering. 2018, V. 23, pp. 45–56. Doi.org/10.1016/j.jobe.2017.12.008

14. Alembagheri M., Sharafi P., Rashidi M., Bigdeli A., Farajian M. Natural dynamic characteristics of volumetric steel modules with gypsum sheathed LSF walls: Experimental study. Structures. 2021, V. 33, pp. 272–282. Doi.org/10.1016/j.istruc.2021.04.068

15. Shirokov V.S., Gordeeva T.E., Bocharov A.Yu. Analytic method of structural analysis of modular buildings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020, V. 775, 012148. Doi:10.1088/1757-899X/775/1/012148

16. Shirokov V.S., Kholopov I.S., Solovjev A.V. Determination of the frequency of natural vibrations of a modular building. Procedia Engineering. 2016, V. 153, pp. 655–661. Doi: 10.1016/j.proeng.2016.08.218

17. Shirokov V., Soloviev A., Gordeeva T. Determining internal forces in modular building elements under action wind load. MATEC Web of Conferences. 2018, V. 196, 02010. Doi.org/10.1051/matecconf/201819602010

18. Cho B.-H., Lee J.-S., Kim H., Kim D.-J. Structural performance of a new blind-bolted frame modular beam-column connection under lateral loading. Applied Sciences. 2019, V. 9, 1929. Doi.org/10.3390/app9091929

19. 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, V. 17, pp. 1–9. Doi:10.18057/IJASC.2021.17.1.1

20. Choi K.-S., Kim H.-J. An Analytical Study on Rotational Capacity of Beam-Column Joints in Unit Modular Frames. International Journal of Civil, Structural, Construction and Architectural Engineering. 2015, V. 9, pp. 83–86. Doi.org/10.5281/zenodo.1098106

21. Ma R., Xia J., Chang H., Xu B., Zhang L. Experimental and numerical investigation of mechanical properties on novel modular connections with superimposed beams. Engineering Structures. 2021, V. 232, 111858. Doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.111858

22. Wang Y., Xia J., Ma R., Xu B., Wang T. Experimental study on the flexural behavior of an innovative modular steel building connection with installed bolts in the columns. Applied Science. 2019, V. 9, 3468. Doi:10.3390/app9173468

23. Deng E.-F., Zong L., Ding Y., Dai X.-M., Lou., Chen Y. Monotonic and cyclic response of bolted connections with welded cover plate for modular steel construction. Engineering Structures. 2018, V. 167, pp. 407–419. Doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.04.028

24. Lee S., Park J., Kwak E., Shon S., Kang C., Choi H. Verification of the seismic performance of a rigidly connected modular system depending on the shape and size of the ceiling bracket. Materials. 2017, V. 10 (3), p. 263. Doi.org/10.3390/ma10030263

25. Lee S., Park J., Shon S., Kang C. Seismic performance evaluation of the ceiling-bracket-type modular joint with various bracket parameters. Journal of Constructional Steel Research. 2018, V. 150, pp. 298–325. Doi.org/10.1016/j.jcsr.2018.08.008

26. Широков В.С., Холопов И.С., Соловьев А.В. Расчет модульного здания, собираемого из блок-боксов. В сборнике: Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство. Cборник статей. под ред. М.И. Бальзанникова, К.С. Галицкова, В.П. Попова; Самарский государственный архитектурно-строительный университет. Самара, 2015. С. 84–89.