nsojoutСтроительство: наука и образованиеConstruction: Science and Education2305-5502ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/2305-5502.2023.2.3nsojout-101Research ArticleСтроительные конструкции. Основания и фундаменты. Технология и организация строительства. Проектирование зданий и сооружений. Инженерные изыскания и обследование зданийBuilding structures. Soils and foundations. Technology and organization of construction. Designing of buildings and constructions. Engineering survey and inspection of buildingsСпособы расчета несущих конструкций на устойчивость к прогрессирующему разрушениюMethods of structural analysis for resistance to progressive collapseСемашкинАндрей ДмитриевичSemashkinAndrey D.

аспирант Института промышленного и гражданскогостроительства

postgraduate student of the Institute of Industrial and Civil Engineering

asemashkin@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9997-9436ТуснинАлександр РомановичTusninAlexander R.

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры металлических и деревянных конструкций, директор Института промышленного и гражданского строительства (ИПГС)

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Metal and Wooden Structures, Director of the Institute of Industrial and Civil Engineering

TusninAR@mgsu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8906-9298БергерМария ПетровнаBergerMaria P.

кандидат технических наук, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Metal and Wooden Structures

bergermp@mgsu.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation2023300620231323150Copyright © Семашкин А.Д., Туснин А.Р., Бергер М.П., 20232023Семашкин А.Д., Туснин А.Р., Бергер М.П.Semashkin A.D., Tusnin A.R., Berger M.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nso-journal.ru/jour/article/view/101Введение

Введение. Рассматриваются методы расчета и действующие нормативные документы, используемые при расчете зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению. Перечислены ключевые методы решения подобных задач. Изложены основные положения каждого из них. Проанализированы преимущества и недостатки применяемых методов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Расчеты устойчивости к прогрессирующему обрушению выполнены для многопролетной многоэтажной плоской рамы на отказ средней стойки первого этажа. Для проведения расчетов применялся программный комплекс ЛИРА-САПР 2021 R1.2. Задача решалась несколькими методами: статический расчет, квазистатический расчет и динамический расчет. Квазистатический расчет выполнялся в двух вариантах: pulldown- и pushdown-анализ. Динамический расчет осуществлялся методом прямого интегрирования уравнений движения с помощью модуля «Динамика во времени». Было рассмотрено два варианта с различным временем исключения элементов.

Результаты

Результаты. Результаты проанализированы и сведены в табл. 2. Расчет в статической постановке дает значения усилий и перемещений, явно заниженные по сравнению с остальными способами. Усилия и перемещения, полученные при квазистатических расчетах, получились больше, чем при расчетах в динамической постановке. Результаты, полученные при pulldown- и pushdown-анализе, близки по своим величинам.

Выводы

Выводы. Расчеты квазистатическими методами дают завышенные усилия и перемещения по сравнению с расчетами в динамической постановке. Результаты pushdown-анализа лучше соотносятся с результатами расчетов в динамической постановке. Для более точного определения усилий при использовании квазистатического расчета необходимо обоснование коэффициента динамичности.

Introduction

Introduction. Calculation methods and current normative documents used in the calculation of buildings for resistance to progressive collapse are considered. The key methods of analysis are listed and fundamenta.rules of each of them are stated. The advantages and disadvantages of these methods are analyzed.

Materials and methods

Materials and methods. The calculations of stability to progressive collapse have been carried out for a multi-span flat frame at the failure of the middle post of the ground floor. The software complex LIRA-SAPR 2021 R1.2 was used to perform calculations. The task was solved by several methods: the static calculation, quasi-static calculation and dynamic calculation. The nonlinear functioning of construction and material was considered by step-methods with using the flow curve from SP 16.13330.2017. Quasistatic calculation was performed in two variants: pulldown and pushdown analysis. The dynamic calculation was carried out by direct integration of the equations of motion using the module “Dynamics in Time”. Two variants with different element elimination time were considered.

Results

Results. The results are analyzed and summarized in Table 2. The static calculation yields force and displacement values that are clearly underestimated as compared to other methods. Forces and displacements obtained by quasistatic analysis are greater than those obtained by dynamic analysis. The results obtained in the pulldown and pushdown analyses are close in value.

Conclusions

Conclusions. Quasistatic calculations give higher forces and displacements than dynamic calculations. The results of pushdown analysis correlate better with the results of calculations in the dynamic formulation. In order to determine forces more accurately when using quasi-static calculation, a justification of the dynamical coefficient is necessary.

прогрессирующее обрушениелокальный отказнелинейностьpulldown-анализpushdownанализквазистатические методынелинейный динамический анализкоэффициент динамичностиprogressive collapselocal destructionnonlinearitypulldown analysispushdown analysisquasistatic methodsnonlinear dynamic analysisdynamic coefficientReferencesБергер М.П. Несущая способность стальных ферм с учетом времени локального разрушения : дис. … канд. техн. наук. М., 2020. 186 с.Berger M.P. The strength of steel trusses depends on the time of local destruction : dissertation … candidate of technical sciences. Moscow, 2020; 186. (rus.).Туснина О.А. Выбор аварийных ситуаций при расчете на прогрессирующее обрушение промышленного здания // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 9. С. 60–65. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.60-65Tusnina O.A. The choice of emergency situations when calculating the progressive collapse of an industrial building. Industrial and Civil Engineering. 2021; 9:60-65. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.60-65 (rus.).Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. № 4 (225). С. 5–9.Nazarov Y.P., Gorodetsky A.S., Simbirkin V.N. About a problem of survivability support of building structures subjected to emergency actions. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2009; 4(225):5-9. (rus.).Дробот Д.Ю. Возможные технологии расчета на прогрессирующее обрушение : учебное пособие. М., 2020. 264 с.Drobot D.Yu. Possible methods of analysis for progressive collapse : tutorial. Moscow, 2020; 264. (rus.).Перельмутер А.В., Кабанцев О.В. О методах расчетного анализа при внезапном отказе элемента несущей системы : доклад // Семинар SCAD-Soft.2019.Perelmuter A.V., Kabantsev O.V. On methods of computational analysis in case of sudden failure of a carrier system element : report. Seminar SCAD-Soft.2019. (rus.).Бондарев Ю.В., Талантов И.С. Подходы к решению задачи о внезапном удалении элементов из стержневой системы // Вестник гражданских инженеров. 2014. № 2 (43). С. 48–52.Bondarev Yu.V., Talantov I.S. Approaches to solving the problem of a sudden elements removal from the bar system. Bulletin of Civil Engineers. 2014; 2(43):48-52. (rus.).Грачев В.Ю., Вершинина Т.А., Пузаткин А.А. Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета. Екатеринбург : Ажур, 2010. 81 c.Grachev V.Yu., Vershinina T.A., Puzatkin A.A. Disproportionate destruction. Comparison of calculation methods. Yekaterinburg, Azhur, 2010; 81. (rus.).Туснин А.Р., Бергер М.П. Коэффициенты динамичности для расчета поврежденной фермы // Теория и практика расчета зданий, сооружений и элементов конструкций. Аналитические и численные методы : сб. докл. и тез. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения проф. Н.Н. Леонтьева и 110-летию со дня рождения проф. В.З. Власова. 2017. С. 87–89.Tusnin A.R., Berger M.P. Dynamic coefficients for calculating a damaged farm. Theory and practice of calculation of buildings, structures and structural elements. Analytical and numerical methods : collection of reports and abstracts of the International Scientific and Practical Conference dedicated to the 90th anniversary of the birth of Professor N.N. Leontiev and the 110th anniversary of the birth of Professor V.Z. Vlasov. 2017; 87-89. (rus.).Tusnin A. Analysis of dynamic coefficients for damage to the middle support of two-span and three-span continuous beams // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 117. P. 00173. DOI: 10.1051/matec-conf/201711700173Tusnin A. Analysis of dynamic coefficients for damage to the middle support of two-span and three-span continuous beams. MATEC Web of Conferences. 2017; 117:00173. DOI: 10.1051/matecconf/201711700173Гениев Г.А. Об оценке динамических эффектов в стержневых системах из хрупких материалов // Бетон и железобетон. 1992. № 9. С. 25–27.Geniev G.A. On the evaluation of dynamic effects in rod systems made of brittle materials. Concrete and Reinforced Concrete. 1992; 9:25-27. (rus.).Колчунов В.И., Федорова Н.В. Некоторые проблемы живучести железобетонных конструктивных систем при аварийных воздействиях // Вестник НИЦ Строительство. 2018. № 1 (16). С. 115–119.Kolchunov V., Fedorova N. Current problems of reinforced concrete structural systems survivability at emergency impacts. Bulletin of Science and Research Center Construction. 2018; 1(16):115-119. (rus.).Краснощёков Ю.В., Мельникова С.О., Екимов А.А. Живучесть многоэтажного здания со связевым каркасом // Вестник СибАДИ. 2016. № 2 (48). С. 100–104. DOI: 10.26518/2071-7296-2016-2(48)-100-104Krasnoschekov Yu.V., Melnikova S.O., Ekimov A.A. Vitality high-rise building with svjaseva frames. The sRussian Automobile and Highway Industry Journal. 2016; 2(48):100-104. DOI: 10.26518/2071-7296-2016-2(48)-100-104 (rus.).Краснощеков Ю.В. Расчет каркасного здания на прогрессирующее обрушение при аварийном отказе колонны // Строительная механика и расчет сооружений. 2017. № 1 (270). С. 54–58.Krasnoshchekov Yu.V. Calculation of a frame building for progressive collapse in case of an emergency failure of a column. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2017; 1(270):54-58. (rus.).Еремеев П.Г., Лебедева И.В. Мониторинг и анализ нормативных документов по проектированию конструкций с учетом прогрессирующего обрушения // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 12. С. 15–21. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.12.15-21Yeremeyev P.G., Lebedeva I.V. Monitoring and analysis of regulatory documents on the design of structures with due regard for the progressive collapse. Industrial and Civil Engineering. 2021; 12:15-21. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.12.15-21 (rus.).Ведяков И.И., Еремеев 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: 10.33622/0869-7019.2019.04.16-24Vedyakov I.I., Eremeev P.G., Odesskiy P.D., Popov N.A., Solovyev D.V. Regulatory requirements for the design of building structures for progressive collapse. Industrial and Civil Engineering. 2019; 4:16-24. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.04.16-24 (rus.).Перельмутер А.В. Развитие требований к безотказности сооружений // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 1. С. 81–101.Perel’muter A.V. Structural reliability requirements. Vestnik of Tomsk state university of architecture and building. 2015; 1:81-101. (rus.).Ellingwood B.R., Smilowitz R., Dusenberry D.O., Duthinh D., Lew H.S., Carino N.J. Best practices for reducing the potential for progressive collapse in buildings. USA : NISTIR, 2007. DOI: 10.6028/nist.ir.7396Ellingwood B.R., Smilowitz R., Dusenberry D.O., Duthinh D., Lew H.S., Carino N.J. Best practices for reducing the potential for progressive collapse in buildings. USA, NISTIR, 2007. DOI: 10.6028/nist.ir.7396Кудишин Ю.И. Концептуальные проблемы живучести строительных конструкций // Вестник МГСУ. 2009. № 2 (спец.). С. 28–36Kudishin Yu.I. Conceptual problems of survivability of building structures. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2009; 2(spec.):28-36. (rus.).Травуш В.И., Колчунов В.И., Клюева Н.В.Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 3. С. 4–11.Travush V.I., Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Some directions of development of survivability theory of structural systems of buildings and structures. Industrial and Civil Engineering. 2015; 3:4-11. (rus.).Данилов А.И. Концепция управления процессом разрушения строительного объекта // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 8. С. 74–77.Danilov A.I. The concept of managing the process of destruction of a construction object. Industrial and Civil Engineering. 2014; 8:74-77. (rus.).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: 10.33622/0869-7019.2019.02.46-54Travush V.I., Kolchunov V.I., Leont’yev E.V. Protection of buildings and structures against progressive collapse within the framework of legislative and regulatory requirements. Industrial and Civil Engineering. 2019; 2:46-54. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.02.46-54 (rus.).Kandil K.S., Ellobody E.A.E.F., Eldehemy H. Progressive Collapse of Steel Frames // World Journal of Engineering and Technology. 2013. Vol. 01. Issue 03. Рр. 39–48. DOI: 10.4236/wjet.2013.13007Kandil K.S., Ellobody E.A.E.F., Eldehemy H. Progressive collapse of steel frames. World Journal of Engineering and Technology. 2013; 01(03):39-48. DOI: 10.4236/wjet.2013.13007Колчунов В.И., Емальянов С.Г. и др. Проектирование мероприятий по защите зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения : методическое пособие. М., 2018.Kolchunov V.I., Emal’yanov S.G. et al. Designing measures to protect buildings and structures from progressive collapse : methodological guide. Moscow, 2018. (rus.).Келасьев Н.Г., Трекин Н.Н., Кодыш Э.Н. и др. Пособие по проектированию мероприятий по защите зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Часть 2. М., 2020.Kelasyev N.G., Trekin N.N., Kodysh E.N. et al. Handbook on the design of measures to protect buildings and structures from progressive collapse. Part 2. Moscow, 2020. (rus.).

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