Operation of steel frame structure taking into account installation and fabrication imperfections

详细

Introduction. In cities, a large number of buildings are multi-storey. Multi-storey buildings can be public, industrial and residential. Buildings with a height of more than 75 m are called high-rise, with a height of more than 100 m — unique. The frames of multi-storey buildings consist of columns, ties and ceilings. The bearing capacity and rigidity of the building frame is determined by the interaction of all the elements of the frame. The overlaps transfer the load to vertical load-bearing structures, form horizontal hard disks that combine columns with vertical connections, affect horizontal movements and vibrations of the frame. The stress-strain state of the frame is affected by defects and deviations from the design solution. The quality of a construction object depends not only on the quality of design and manufacturing, but also on the quality of construction and installation work. During the installation of building structures, the main objectives are to ensure the spatial position of building elements required by the project, the mutual connection of structures with each other, ensuring the safety of installation work. Installation of building structures is a complex process of assembling buildings from separate, pre-made elements. Increasing the efficiency of installation work is based on the use of progressive methods of work production, increasing the level of automation and mechanization of work. Geometric dimensional tolerances in construction are divided into functional and technological. For a frame structure with rigid interfaces of elements, deviations from the design position lead to the appearance of additional, primarily bending moments, which may cause earlier exhaustion of the bearing capacity. The relevance of the work is to develop a design methodology for steel frames of multi-storey buildings, taking into account fabrication and installation errors.Materials and methods. The calculation of steel frames can be performed in linear and nonlinear formulation. The linear calculation does not take into account the deformation of the system under the action of the load and the forces accumulated in the frame elements. With the nonlinear approach, the calculation is performed by several methods: Elastic analysis of the second order-Plastic analysis of the second order. The assessment of the impact of initial imperfections was carried out on the example of a frame structure of a 10-storey residential building. When performing the calculation, the finite element model of the core frame is taken into account. The work of a separate flat frame is considered, which takes into account the design features of the frame. LIRA-SAPR 2021 computing complex was used for the calculation. Initial imperfections of the frame were taken in accordance with the current Russian standards. In addition to direct consideration of the distorted geometry, calculations were performed with additional distributed horizontal loads applied on each floor according to Eurocode 1993-1-1. The movements and forces of characteristic points and sections of the frame obtained by different methods were compared with each other. The influence of imperfections on movements and efforts from individual loads was studied. The cross sections of the frame elements were initially selected so that its bearing capacity was ensured under the action of combinations of combinations of design loads. The calculated combination of loads includes constant load, snow load, payload, wind load.Results. When analyzing the results, it is necessary to take into account that direct accounting of assembly and manufacturing errors in the geometry of the frame is more correct, but requires the formation of more complex calculation schemes that take into account the errors of the geometry of the frame. The displacements and forces obtained by linear calculation of the frame structure differ little from the results of nonlinear calculation, which allows us to recommend a linear calculation method for the frame structure.Conclusions. Based on calculations of the stress-strain state of the frame of a multi-storey building, it was found that direct accounting of manufacturing and assembly errors in the geometry of the frame allows for a more accurate assessment of the work of the frame. The use of Eurocode technique with additional horizontal loads at the level of each floor using a frame structure leads to excessive movements and efforts compared to the actual ones.

作者简介

Youssef Hamaty

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: YoussefHamaty@outlook.com

A. Tusnin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: TusninAR@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9997-9436

参考

  1. Кудишин Ю.И., Беленя Е.И., Игнатьева В.С. Металлические конструкции : учебник для студ. высш. учеб. заведений. М. : Академия, 2008. 688 с.
  2. Турьева А.В. Стальной каркас многоэтажного здания: преимущества и обеспечение жесткости // Севергеоэкотех-2013 : мат. ХIV Междунар. молодежной науч. конф : в 5-ти частях. (Ухта, 20–22 марта 2013 г.). Ухта, 2013.
  3. Farrell T.Dzh., Pinon Dzh.P., Shein K.D. Construction of building fencing for modular construction // 3rd Conference on design and construction of residential buildings (March 2–3, 2016). State College, Pennsylvania. 2016. Pp. 12–28.
  4. Ganiron Jr. T.U., Al’marve M. Prefabricated technology in modular housing construction // International Journal of Advanced Science and Technology. 2014. Vol. 73. Pp. 51–74. doi: 10.14257/ijast.2014.73.04
  5. Лебедь Е.В., Ибрагимов А.М. Проектирование металлического каркаса многоэтажного здания : учеб.-метод. пособие. М. : МИСИ – МГСУ, 2020.
  6. Туснин А.Р., Рыбаков В.А., Назмеева Т.В. Проектирование металлических конструкций. Часть 2: Металлические конструкции. Специальный курс : учебник. М. : Перо, 2020. 436 c.
  7. Васильев А.А., Дзирко С.В., Михасев В.А. Дефекты изготовления, монтажа, возведения элементов и конструкций зданий и сооружений : учеб.-метод. пособие. Гомель : БелГУТ, 2010. 147 с.
  8. Крохалев В.Г., Чебыкин А.А. Технология изготовления металлических конструкций. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. 180 с.
  9. Металлические конструкции : в 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения / под ред. В.В. Горева. М. : Высшая школа, 2002. 544 с.
  10. Металлические конструкции / под ред. Ю.И. Кудишина. М. : Академия, 2011. 688 с.
  11. Стаценко А.С. Монтаж стальных и железобетонных конструкций : учебник. Минск : Республиканский институт профессионального образования (РИПО), 2016. 468 c.
  12. Dhiman S., Nauman M., Islam N. Behaviour of multistory steel structure with different types of bracing systems // International Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES). 2015. Vol. 4. Issue 1. Pp. 70–82.
  13. Новоселов А.А. Влияние типа связей на деформативность каркаса многоэтажного здания со стальным каркасом // Вопросы строительства и инженерного оборудования объектов железнодорожного транспорта : мат. науч.-практ. конф. (г. Новосибирск, 22 марта 2017 г.). Новосибирск, 2017. С. 27–34. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32171892
  14. Ведяков И.И., Конин Д.В., Одесский П.Д. Стальные конструкции высотных зданий. М. : Издво АСВ, 2014. 272 с.
  15. Хамати Ю. Контроль точности монтажа конструкций стального каркаса // Дни студенческой науки : сб. докл. науч.-техн. конф. по итогам науч.-исслед. работ студентов Института строительства и архитектуры (ИСА) НИУ МГСУ. (г. Москва, 28 февраля – 4 марта 2022 г.). М., 2022. С. 917–919.
  16. Царитова Н.Г., Лагутина Д.Р. Анализ существующих узловых соединений пространственных конструкций и разработка шарнирного узла // Современное строительство и архитектура. 2020. № 4 (20). С. 26–30. doi: 10.18454/mca.2020.20.3
  17. Эффективные жилые здания на стальном каркасе : методическое пособие. М. : АКСИОМ ГРАФИКС ЮНИОН, 2018. 41 с.
  18. Конин Д.В. Статистическая оценка неточностей монтажа колонн металлических каркасов высотных зданий // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 6. С. 12–19.
  19. Металлические конструкции : справочник проектировщика. Т. 3. / под ред. В.В. Кузнецова. М. : Изд-во АСВ, 1999. 528 с.
  20. Смирнов В.В., Свитцов М.А., Шилеева А.Ю., Шихова Е.Н., Поникарова Ю.Е. Анализ дефектов и повреждений металлических конструкций зданий металлургических производств // European science. 2015. № 8 (9). С. 51–54. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24482921

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

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».