nsojoutСтроительство: наука и образованиеConstruction: Science and Education2305-5502ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/2305-5502.2023.2.1nsojout-99Research 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 buildingsФормообразование зданий на основе стержневых арок с изменяемой геометриейShaping of buildings based on rod arches with variable geometryЦаритоваНадежда ГеннадьевнаTsaritovaNadezhda G.

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры градостроительства, проектирования зданий и сооружений

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professorof the Department Urban planning, design of buildings and structures

ncaritova@yandex.ruТумасовАлександр АнатольевичTumasovAlexander A.

кандидат архитектуры, доцент, профессор кафедры градостроительства, проектирования зданий и сооружений  

Candidate of Architecture, Associate Professor, Professor of the Department Urban planning, design of buildings and structures  

tumasovalexander@gmail.comКурбановаАнастасия АлексеевнаKurbanovaAnastasia A.

аспирант кафедры градостроительства, проектирования зданий и сооружений

postgraduate student of the Department Urban planning, design of buildingsand structures

anastasia.a.kalinina@yandex.ruШтанкевичАнастасия ВладиславовнаShtankevichAnastasia V.

аспирант кафедры градостроительства, проектирования зданий и сооружений

postgraduate student of the Department Urban planning, design of buildingsand structures

anastasiyashtankevich@mail.ruЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ(НПИ))РоссияSouth-Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov (SRSPU(NPI))Russian FederationЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (ЮРГПУ(НПИ))РоссияSouth-Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov (SRSPU(NPI))Russian Federation202330062023132619Copyright © Царитова Н.Г., Тумасов А.А., Курбанова А.А., Штанкевич А.В., 20232023Царитова Н.Г., Тумасов А.А., Курбанова А.А., Штанкевич А.В.Tsaritova N.G., Tumasov A.A., Kurbanova A.A., Shtankevich A.V.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/99

Введение. Пространственные стержневые конструкции покрытий применяют для более эффективного промышленного производства строительных конструкций, что позволяет снизить затраты от массовости их выпуска, специализации производства и рациональности конструктивных решений. При проектировании пространственных покрытий используют уникальные конструкции единичного исполнения, которые помогают решить грандиозные архитектурные и функциональные задачи. Большим спросом пользуются и покрытия, имеющие в своей основе стандартныеэлементы, которые способствуют созданию различных архитектурных форм.Материалы и методы. Предметом исследования служит пространственная архитектурно-конструктивная система,которая дает возможность воплотить проектировочные задачи, являясь быстровозводимой, легкой, имеющей унифицированные элементы, исключающие монтажную сварку. Такие арки найдут широкое применение от спортивных до выставочных комплексов благодаря их быстрому монтажу. Арка может иметь очертания окружности, эллипса, параболы или, изгибаясь в двух направлениях, принимать форму произвольной кривой с сопряжением кривых, изогнутых в разные стороны.Результаты. Пространственная арка собрана по принципу кристаллографической триангуляционной схемы, где можно выделить верхний и нижний пояса, раскосы и стержни. Предложен новый универсальный шарнирный соединительный элемент, связывающий от шести до двенадцати стандартных стержней, что дает возможность добиться минимального количества типоразмеров и выполнять наземную ручную сборку укрупненных элементов конструкции, пространственная жесткость системы обеспечена при их шарнирных связях между собой.Выводы. Результаты исследования позволяют считать такой вариант стержневой пространственной арки перспективным решением. Установлено, что основным направлением усовершенствования пространственных стержневыхконструкций является разработка новых узловых соединений.

Introduction

Introduction. Spatial core structures of coatings are used for more efficient industrial production of building structures, which reduces the costs of their mass production, specialization of production and rationality of design solutions. When designing spatial coverings, unique designs of single execution are used, which help to solve grandiose architectural and functional tasks. But coatings that are based on standard elements that help to create various architectural forms are also in great demand.

Materials and methods

Materials and methods. The subject of the study is a spatial architectural and structural system that is capable of implementing various design tasks, being fast-built, lightweight and having unified elements that exclude assembly welding. Such arches will find wide application from sports to exhibition complexes, thanks to their quick installation. The arch can take the shape of a circle, an ellipse, a parabola or bending in two directions, the arch can take the form of an arbitrary curve with the conjugation of curves curved in different directions.

Results

Results. The spatial arch is assembled according to the principle of a crystallographic triangulation scheme, where the upper and lower belts, braces and rods can be distinguished. A new universal joint connecting element connecting from six to twelve standard rods is proposed, which allows achieving a minimum number of standard sizes and performing ground-based manual assembly of enlarged structural elements, the spatial rigidity of the system is ensured when they are articulated together.

Conclusions

Conclusions. The results of the present study allow us to consider such a variant of the rod spatial arch as a promising solution, as a result of the theoretical study, it was found that the main direction of improvement of spatial rod structures is the development of new nodal connections.

пространственные покрытияметаллические конструкцииархитектурно-конструктивные системыпространственная аркапространственная жесткостьшарнирное соединениеконнекторspatial coatingsmetal structuresarchitectural and structural systemsspatial archspatial rigidityhinge jointconnectorReferencesШухов В.Г. Избранные труды: строительная механика. М. : Наука, 1977. 192 с.Shukhov V.G. Selected works: construction mechanics. Moscow, Nauka, 1977; 192. (rus.).Трофимов В.И., Бегун Г.Б. Структурные конструкции: исследование, расчет и проектирование. М. : Стройиздат, 1972. 272 с.Trofimov V.I., Begun G.B. Structural constructions: research, calculation and design. Moscow, Stroyizdat, 1972; 272. (rus.).Бабич В.Н., Кремлев А.Г., Холодова Л.П. Методология системного анализа в архитектуре // Архитектон: известия вузов. 2011. № 2 (34). С. 3.Babich V.N., Kremlev A.G., Kholodova L.P. Methodology of systems analysis in architecture. Architecton: Proceedings of Higher Education. 2011; 2(34):3. (rus.).Клячин А.З. Металлические решетчатые пространственные конструкции регулярной структуры (разработка, исследование, опыт применения). Екатеринбург : Диамант, 1994. 277 с.Klyachin A.Z. Metal Lattice Space Structures Having Regular Structure (Development, Study, Application Experience). Ekaterinburg, Diamant, 1994; 276. (rus.).Еремеев П.Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений. М. : Ассоциация строительных вузов, 2009. 336 с.Eremeev P.G. Modern large-span steel structures for one of a kind building. Moscow, Association of Construction Universities, 2009; 336. (rus.).Келасьев Н.Г. Особенности проектирования и строительства футбольного стадиона в Казани для проведения чемпионата мира по футболу // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 6. С. 51–55.Kelasyev N.G. Peculiarities of design and construction of the football stadium in Kazan for the 21st world cup FIFA final tournament. Industrial and Civil Engineering. 2013; 6:51-55. (rus.).Свентиков А.А., Кузнецов Д.Н. Автоматизированное проектирование пространственных решетчатых стальных конструкций покрытий сложной формы // Строительство и реконструкция. 2021. № 1. С. 38–49. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-93-1-38-49Sventikov A.A., Kuznetsov D.N. Computer-aided design of spatial lattice steel structures for coatings of complex shape. Building and Reconstruction. 2021; 1(93):38-49. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-93-1-38-49 (rus.).Goeppert K., Stein M. International stadium projects: each unique and easy to recognize // Structures Congress 2009. 2009. DOI: 10.1061/41031(341)266Goeppert K., Stein M. International stadium projects: each unique and easy to recognize. Structures Congress 2009. 2009. DOI: 10.1061/41031(341)266Kim S. Shear strength investigation of connections between RC and strengthened steel frames // International Journal of Steel Structures. 2021. Vol. 21. Issue 5. Pp. 1845–1858. DOI: 10.1007/s13296-021-00538-2Kim S. Shear strength investigation of connections between RC and strengthened steel frames. International Journal of Steel Structures. 2021; 21(5):1845-1858. DOI: 10.1007/s13296-021-00538-2Инжутов И.С., Дмитриев П.А., Деордиев С.В., Захарюта В.В. Анализ существующих узлов сопряжения пространственных конструкций и разработка сборно-разборного узлового элемента // Вестник МГСУ. 2013. № 3. С. 61–71. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.3.61-71Inzhutov I.S., Dmitriev P.A., Deordiev S.V., Zakharyuta V.V. Analysis of Available Space Structure Joints and Design of Demountable Modular Joints. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2013; 3:61-71. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.3.61-71 (rus.).Тумасов А.А., Царитова Н.Г., Курбанов А.И., Калинина А.А. Геометрические параметры стержневых трансформируемых арочных систем //Формообразование зданий на основе стержневых арок с изменяемой геометрией С. 6–19Tumasov A.A., Tsaritova N.G., Kurbanov A.I., Kalinina A.A. Geometric parameters of rod transformable arch systems. Construction and Architecture. 2017; 5(2):135-140. DOI: 10.12737/article_59806881305c30.67459418 (rus.).Емельянов Д.И., Кузнецов Д.Н., Федосова Л.А., Глушков А.А. Применение BIM-технологий для проектирования криволинейных покрытий на основе пространственных решетчатых конструкций // Строительная механика и конструкции. 2019. № 1 (20). С. 71–81.Emelyanov D.I., Kuznetsov D.N., Fedosova L.A., Glushkov A.A. Application of BIM technologies for the design of curved coatings based on spatial lattice structures. Construction Mechanics and Structures. 2019; 1(20):71-81. (rus.).Гайджуров П.П., Царитова Н.Г. Моделирование процесса направленной трансформации регулярных шарнирно-стержневых систем // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2021. № 1 (209). С. 5–11. DOI: 10.17213/0321-2653-2021-1-5-11Gaydzhurov P.P., Zaritova N.G. Modeling of the process of directed regular transformations hinge-rod systems. University News. North-Caucasian Region. Technical Sciences Series. 2021; 1(209):5-11. DOI: 10.17213/0321-2653-2021-1-5-11 (rus.).Кривошапко С.Н. Оболочки и стержневые структуры в форме аналитически незадаваемых поверхностей в современной архитектуре // Строительство и реконструкция. 2020. № 3. С. 20–30. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-89-3-20-30Krivoshapko S.N. Shells and rod structures in the form of analytically non-given surfaces in modern architecture. Building and Reconstruction. 2020; 3:20-30. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-89-3-20-30 (rus.).Tsaritova N.G., Tumasov A.A., Kalinina A.A., Kosogov I.V. Possibilities of Architectural and Constructive Shaping of Spatial Forms from Rod Arches // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Pp. 229–235. DOI: 10.1007/978-3-030-75182-1_31Tsaritova N.G., Tumasov A.A., Kalinina A.A., Kosogov I.V. Possibilities of Architectural and Constructive Shaping of Spatial Forms from Rod Arches. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021; 229-235. DOI: 10.1007/978-3-030-75182-1_31Семикин П.П., Бацунова Т.П. Динамическая архитектура. Кинетические фасады // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 6 (714). С. 86–96.Semikin P.P., Batsunova T.P. Dynamic architecture. Kinetic facades. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2018; 6(714):86-96. (rus.).Tsaritova N.G., Buzalo N.A., Tumasov A.A., Platonova I.D., Kurbanov A.I., Kalinina A.A. et al. Transformable systems of spatial structures based on bionic analogues // Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/isees-19.2019.65Tsaritova N.G., Buzalo N.A., Tumasov A.A., Platonova I.D., Kurbanov A.I., Kalinina A.A. et al. Transformable systems of spatial structures based on bionic analogues. Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/isees-19.2019.65Kociecki M., Adeli H. Shape optimization of free-form steel space-frame roof structures with complex geometries using evolutionary computing // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2015. Vol. 38. Pp. 168–182. DOI: 10.1016/j.engappai.2014.10.012Kociecki M., Adeli H. Shape optimization of free-form steel space-frame roof structures with complex geometries using evolutionary computing. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2015; 38:168-182. DOI: 10.1016/j.engappai.2014.10.012Buzalo N.A., Alekseev S.A., Tsaritova N.G. Numerical analysis of spatial structural node bearing capacity in the view of the geometrical and physical nonlinearity // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 1748–1753. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.165Buzalo N.A., Alekseev S.A., Tsaritova N.G. Numerical analysis of spatial structural node bearing capacity in the view of the geometrical and physical nonlinearity. Procedia Engineering. 2016; 150:1748-1753. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.165Алексеев С.А., Бузало Н.А., Царитова Н.Г., Моисеенко Г.А. Определение силового сопротивления узла пространственной стержневой конструкции // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2020. № 6 (1030). С. 36–38.Alekseev S.A., Buzalo N.A., Tsaitova N.G., Moiseenko G.A. Determination of the force resistance of a spatial rod structure. BST: Bulletin of Construction Equipment. 2020; 6(1030):36-38. (rus.).

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