Estimation of expediency of taking into account the suppleness of outrigger metallic structures nodes in calculation of high-rise building structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. When designing metal structures, many factors are taken into account, including the suppleness of joints, which affects the results of stress-strain calculations of structural elements. In the design of high-rise buildings, outriggers are provided to distribute wind loads between the core and perimeter columns, reducing horizontal displacements. Considering the suppleness in the joints of the outrigger affects the distribution of forces in the building structure elements, as well as on the building deformations. This paper presents an analysis of the influence of considering the suppleness of outrigger joints on the stress-strain state of structural elements of a steel high-rise building.Materials and methods. The research focuses on a structural model of a 60-story building with an outrigger, modelled using the ETABS software. The suppleness of the joints of the outrigger structures was determined using the IDEA StatiCa software.Results. According to the results of static calculations considering the suppleness of the outrigger joints, when placing one outrigger on the 54th floor, the maximum horizontal displacement at the top of the building increased by 2.9 % compared to calculations without considering suppleness. Placing two outriggers increased it by 4.7 %. The maximum axial force value in the outrigger brace decreased by 23 % compared to calculations without considering suppleness, while the maximum bending moment increased by 10 %.Conclusions. When calculating a high-rise building taking into account suppleness, the values of horizontal displacement at the building’s top increase within 5 %. If it is necessary to limit horizontal displacements, calculations should consider the suppleness of the joints in steel outrigger structures. Additionally, considering suppleness in calculations allows reducing the material intensity of the designed outrigger braces, as the determining force is the axial force, which decreases by about 25 % when calculated considering suppleness.

About the authors

I. V. Astakhov

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)

Email: 3557710@mail.ru
SPIN-code: 8747-6048

D. V. Kaliuzhny

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)

Email: kaliuzhnydv@gmail.com
SPIN-code: 4788-9567

References

  1. Беленя Е.И. Действительная работа и расчет поперечных рам стальных каркасов одноэтажных производственных зданий: экспериментально-техническое исследование в 2 т. : дис. … д-ра техн. наук. М., 1959. 561 с.
  2. Колмогоров Ю.И. Экспериментально-теоретический метод определения податливости узлов для уточнения расчетных схем рам эксплуатационных промзданий : дис. … канд. техн. наук. Л. : ЛИСИ, 1990. 185 с.
  3. Лапшин А.А., Морозов Д.В., Колесов А.И. Методика проектирования стальных конструкций из гнутых тонколистовых незамкнутых профилей с учетом податливости узловых соединений на самонарезающих винтах // Приволжский научный журнал. 2014. № 3 (31). С. 16–25. EDN SNZKRV.
  4. Новоселов А.А., Карелин Д.А. Оценка влияния податливости опорного узла стальной колонны // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (43). С. 26–31. EDN ZWDQCB.
  5. McGuire J. Notes on semi-rigid connections. 1995. URL: https://femci.gsfc.nasa.gov/semirigid/
  6. Kartal M.E., Başağa H.B., Bayraktar A., Muvafık M. Effects of semi-rigid connection on structural responses // Electronic Journal of Structural Engineering. 2010. Vol. 10. Pp. 22–35. doi: 10.56748/ejse.10122
  7. Ананьин М.Ю., Фомин Н.И. Метод учета податливости в узлах металлических конструкций зданий // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2010. № 2. С. 72–74. EDN MTEXND.
  8. Марутян А.С. Учет влияния податливости узловых соединений перекрестных систем на работу конструкций покрытий // Строительная механика и расчет сооружений. 2008. № 6. С. 2–6.
  9. Ackroyd M.H., Gerstle K.H. Strength of flexibly connected steel frames // Engineering Structures. 1983. Vol. 1. Issue 1. Pp. 31–37. doi: 10.1016/0141-0296(83)-90038-X
  10. Frye M.J., Morris G.A. Analysis of flexibly connected steel frames // Canadian Journal of Civil Engineering. 1975. Vol. 2. Issue 3. Pp. 280–291. doi: 10.1139/l75-026
  11. Lindsey S.D., Loannides S.A., Goverdhan A. LRFD Analysis and design of beams with partially restrained connections // Engineering Journal. 1985. Vol. 22. Issue 4. Pp. 157–162. doi: 10.62913/engj.v22i4.452
  12. Должиков В.Н., Удотова О.А. Влияние податливости узловых соединений на напряженно-деформированное состояние металлических стержневых систем // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 11 (779). С. 15–25. doi: 10.32683/0536-1052-2023-779-11-15-25. EDN RVOXQH.
  13. Каландарбеков И.И., Низомов Д.Н., Каландарбеков И.К. Об учете податливости стыковых соединений в расчетах элементов многоэтажных зданий // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. 2021. № 2 (54). EDN UUZLUD.
  14. Люблинский В.А. Податливость вертикальных связей сдвига панельных зданий // Строительство и реконструкция. 2022. № 3 (101). С. 32–39. doi: 10.33979/2073-7416-2022-101-3-32-39. EDN LCGTMJ.
  15. Широков В.С. Влияние податливости внутримодульных узлов на частоту собственных колебаний модульного здания // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 10. С. 1556–1562. doi: 10.22227/1997-0935.2023.10.1556-1562. EDN FMLQDX.
  16. Козлов А.В., Козлов В.А. Напряженно-деформированное состояние составной конструкции с учетом податливости на сдвиг между железобетонной плитой и стальной балкой // Строительная механика и конструкции. 2021. № 2 (29). С. 48–61. EDN DDVSCI.
  17. Каюмов Р.А., Хайдаров Л.И., Гимазетдинов А.Р. Податливость сжатых стержней с упругой опорой с учетом их закритического поведения // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 3 (57). С. 5–11. doi: 10.52409/20731523_2021_3_5. EDN JHXCQC.
  18. Истомин А.Д., Кудрявцев М.В. Влияние податливости опор на температурные усилия в статически неопределимой железобетонной балке // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2021. № 2 (746). С. 52–60. doi: 10.32683/0536-1052-2021-746-2-52-60. EDN VXWNIR.
  19. Кудряшова А.Н. Важность анализа податливости узлов при расчете балочных конструкций на стесненное кручение // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 96–10. С. 58–60. doi: 10.18411/trnio-04-2023-523. EDN MOGXMN.
  20. Люблинский В.А., Стручков В.С. Прочность и податливость вертикальных стыков панельных зданий при сдвиге и кручении // Строительство и реконструкция. 2023. № 6 (110). С. 41–49. doi: 10.33979/2073-7416-2023-110-6-41-49. EDN GYQEYG.
  21. Киселёв Д.В., Бержинская Л.П., Горбач П.С. Учет податливости сборных железобетонных конструкций при расчетах зданий с помощью ПК SCAD office // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2021. № 15. С. 134–138. EDN SUTJRW.
  22. Рубанова Э.А., Багаутдинов Р.И., Школяр Ф.С. Влияние податливости платформенного соединения типа КЭ-55 на НДС конструкции // Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, посвящ. 300-летию Российской академии наук : сб. докл. нац. конф. с междунар. участием. 2022. С. 301–307. EDN MYPNUR.
  23. Ведяков И.И., Конин Д.В., Одесский П.Д. Стальные конструкции высотных зданий. М. : Издательство АСВ, 2014. 272 с.
  24. Травуш В.И., Конин Д.В. Работа высотных зданий с применением этажей жесткости (аутригеров) // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 2 (23). С. 77–91. EDN KXDSLJ.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».