vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2021-48-4-159-170vdgtu-1009Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTURECтатический расчет несущей способности двухпоясной мембранно-стержневой системы с учетом воздухоопорного эффекта с применением численной процедуры Эйлера-КошиStatic calculation of the bearing capacity of a two-pole membrane-rod system taking into account the air-bearing effect using the numerical Euler-Cauchy procedureКимА. Ю.KimA. Yu.

Ким Алексей Юрьевич, доктор технических наук, профессор, кафедра строительных материалов, конструкций и технологий 

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Aleksey Yu.Kim, Dr.Sci. (Eng), Prof., Department of Building Materials, Structures and Technologies 

77 Politekhnicheskaya Str., Saratov 410054

sberbanksp@yandex.ruАмоянМ. Ф.AmoyanM. F.

Миша Фрикович Амоян, аспирант, кафедра строительных материалов, конструкций и технологий 

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Misha F. Amoyan, Postgraduate Student, Department of Building Materials, Structures and Technologies 

77 Politekhnicheskaya Str., Saratov 410054

ezid-007@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0690-3601ХапилинВ. Е.KhapilinV. E.

Виктор Евгеньевич Хапилин, аспирант, кафедра строительных материалов, конструкций и технологий 

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Viktor E. Khapilin, Postgraduate Student, Department of Building Materials, Structures and Technologies 

77 Politekhnicheskaya Str., Saratov 410054

khapilin2010@yandex.ruСаратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.РоссияYu.A. Gagarin Saratov State Technical UniversityRussian Federation202111022022484159170Copyright © Ким А.Ю., Амоян М.Ф., Хапилин В.Е., 20222022Ким А.Ю., Амоян М.Ф., Хапилин В.Е.Kim A.Y., Amoyan M.F., Khapilin V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1009

Цель. Целью данного исследования является создание легкого, достаточно жесткого несущего покрытия, которое можно усиливать воздухоопорным эффектом при перегрузках во время форс-мажорных обстоятельств. Данные сооружения можно смонтировать в очень короткое время, как в условиях боевых действий, так и при стихийных бедствиях. Метод. Исследование выполнено в программном комплексе «Программа расчета мембраннопневматических сооружений шаговым методом с применением численной процедуры Эйлера – Коши» по методике статического расчета мембранно-пневматических систем с учетом нелинейных факторов. Результат. Разработана методика расчета воздухоопорных двухпоясных мембранно-стержневых систем покрытий больших пролетов итерационным методом приращений параметров с применением на итерации МКЭ и численной процедуры Эйлера-Коши третьего порядка точности. Произведено технико-экономическое сравнение нелинейных линзообразных мембранно-пневматических систем двух типов при действии расчетных снеговых нагрузок. Вывод. В практике проектирования эффект усиления покрытия за счет воздухоопорного эффекта ориентировочно можно принимать равным трем. Применение воздухоопорного эффекта позволяет сэкономить значительные средства, иногда достигающие до 25% процентов от сметной стоимости сооружения за счет применения элементов конструкций меньшего сечения.

Objective. The purpose of this study is to create a light, sufficiently rigid bearing coating, which can be strengthened by the air-supporting effect during overloads during force majeure. These structures can be erected in a very short time, both in combat conditions and during natural disasters. Method. The study was carried out in the software package "Program for calculating membrane-pneumatic structures by the step method using the numerical Euler-Cauchy procedure" according to the method of static calculation of membrane-pneumatic systems, taking into account non-linear factors. Result. A method for calculating air-supported double-belt membrane-rod systems for covering large spans by the iterative method of parameter increments using FEM and the Euler-Cauchy numerical procedure of the third order of accuracy has been developed. Conclusion. In design practice, the effect of strengthening the coating due to the air-supporting effect can approximately be taken equal to three. The use of the air-supported effect makes it possible to save significant funds, sometimes reaching up to 25% of the estimated cost of the structure due to the use of structural elements of a smaller section.

двухпоясные мембранно-стержневые системывоздухоопорный эффектчисленная процедура Эйлера – Кошибольшепролетная мембранно-стержневая системанесущая способностьtwo-belt membrane-rod systemsair support effectEuler-Cauchy numerical procedurelong-span membrane-rod systemload-bearing capacityReferencesБате К. Численные методы анализа и метод конечных элементо /К. Бате, Е. Вилсон. М.: Стройиздат, 1982. 447с.Bate K. Numerical methods of analysis and the finite element method. Vilson. M.: Strojizdat, 1982; 447. (In Russ)Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер. – М.: МИР, 1984. – 428 с.Gallager R. Gallagher, Finite Element Method. Fundamentals. M.: MIR, 1984; 428. (In Russ)Ким А.Ю. Итерационный метод приращений параметров в теории расчета нелинейных мембранно-пневматических систем с учетом упругой работы воздуха / А. Ю. Ким; М-во образования и науки Рос. Федерации, Сарат. гос. техн. унт. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. 186с.Kim A.Yu. Iterative method of parameter increments in the theory of calculation of nonlinear membrane-pneumatic systems taking into account the elastic work of air. Ministry of Education and Science Ros. Federation, Sarat. state tech. un-t. - Saratov: Sarat. state tech. un-t2005; 186. (In Russ)Овчинников И.Г. О задачах оптимального проектирования конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред [Текст] // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1988. № 9. С. 17 – 22.Ovchinnikov I.G. On the problems of optimal design of structures exposed to aggressive media. [Izvestiya VUZov. Stroitel`stvo i arxitektura] Proceedings of universities. Construction and architecture. 1988; 9: 17 – 22. ( In Russ)Петров, В.В. Расчёт элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой [Текст] / В.В. Петров, И.Г. Овчинников, Ю.М. Шихов. – Саратов: Сарат. ун-т, 1987. – 288 с.Petrov V.V. Calculation of structural elements interacting with an aggressive environment [Tekst] / V.V. Petrov, I.G. Ovchinnikov Yu.M. Shixov. Saratov: Sarat. un-t, 1987; 288. (In Russ)Погонин А.О. Принципы формирования автономных жилых зданий в экстремальных условиях природного характера: Автореф. дис. … канд. арх. – Москва, 2010. – 30 с.Pogonin A.O. Principles for the formation of autonomous residential buildings in extreme natural conditions: Avtoref. dis. … kand. arx. Moskva, 2010; 30. (In Russ)Поросенкова К.В., Пучков М.В. Проектирование нового города в экстремальных условиях крайнего севера // Архитектон: известия вузов, приложение к № 34, 2011 / [Электронный ресурс]. – Режим доступаPorosenkova K.V., Puchkov M.V. Designing a new city in the extreme conditions of the Far North. [Arxitekton: izvestiya vuzov, prilozhenie] Architecton: news of universities, supplement. 2011; 34 [E`lektronny`j resurs].Райзер В.Д. Вероятностные методы в анализе надежности и живучести сооружений / В.Д. Райзер. – Москва: Издательство АСВ, 2018. – 396 с.Rajzer V.D. Probabilistic methods in the analysis of reliability and survivability of structures. Moscow: DIA Publishing House, 2018; 396. (In Russ)Теличенко В.И., Терентьев О.М., Лапидус А.А. Технология возведения зданий и сооружений для студ. строит. спец. – М.: Высш. шк., 2006. – 446 сTelichenko V.I., Terent`ev O.M., Lapidus A.A. Lapidus A.A. Technology of construction of buildings and structures for students. builds. specialist. Higher. School. 2006; 446. (In Russ)Уткин В.С. Расчет несущей способности буронабивных висячих свай и подбор длины сваи по коэффициенту запаса // Транспортные сооружения, 2017 №2, https://t-s.today/PDF/02TS217.pdf (доступ свободный)Utkin V.S. Calculation of the bearing capacity of bored hanging piles and selection of the pile length according to the safety factor. [Transportny`e sooruzheniya] Transport facilities. 2017; 2, https://t-s.today/PDF/02TS217.pdf (dostup svobodny`j) (In Russ)Ermolov V.V., Bird W.W., Bubner, W. (1983). Pneumatic Building Structures. Moscow: Stroyizdat, 439 p.Ermolov V.V., Bird W.W., Bubner W. Pneumatic Building Structures. Moscow: Stroyizdat. 1983; 439. (In Russ)Voznsenskiy S.B., Ermolov V.V. (1975). Design of Pneumatic Structures in the USSR and Abroad. Moscow: TzINIS Gosstroya USSR.Voznsenskiy S.B., Ermolov V.V. Design of Pneumatic Structures in the USSR and Abroad. Moscow: TzINIS Gosstroya USSR, 1975. (In Russ)Geiger David (1975). Low-profile air structures in the USA. Building Research and Practice, March-April, p. 80-87.Geiger David. Low-profile air structures in the USA. Building Research and Practice, March-April, 1975; 80-87.Krivoshapko, S.N., Galishnikova, V.V. (2015). Architectural-and-Building Structures: Text Book, Moscow: Izd-vo “URAIT”, 476 p.Krivoshapko S.N., Galishnikova V.V. Architectural-and-Building Structures: Text Book, Moscow: Izd-vo “URAIT”, 2015; 476. (In Russ)Travush V.I. Contemporary Digital Technologies in Construction Part 1: About Mathematical (Numerical) Modelling / V.I. Travush, A.M. Belostosky, P.A. Akimov. – DOI 10.1088/1757-899X/456/1/012029 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – T 456.Travush V.I. Contemporary Digital Technologies in Construction Part 1: About Mathematical (Numerical) Modelling / V.I. Travush, A.M. Belostosky, P.A. Akimov. – DOI 10.1088/1757-899X/456/1/012029 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 456.Дзагов А.М., Сидорчук В.Ф. Геотехнические аспекты устройства и работы под нагрузкой буронабивных свай в просадочных грунтах // Геотехника, 2012. – N 6.– С. 4-21.Dzagov A.M., Sidorchuk V.F. Geotechnical aspects of the device and work under load of bored piles in subsidence soils. [Geotexnika] Geotechnical. 2012; 6: 4-21. (In Russ)Иванова Т.В., Альберт И.У., Кауфман Б.Д., Шульман С.Г. Несущая способность висячих свай по критерию прочности материала сваи или грунта // Инженерно-строительный журнал, 2016 – No7 (67). – С. 3-12.Ivanova T.V., Al`bert I.U., Kaufman B.D., Shul`man S.G. Bearing capacity of hanging piles according to the criterion of the strength of the pile material or soil [Inzhenerno-stroitel`ny`j zhurnal] Civil Engineering Journal. 2016 ;7 (67): 3-12. (In Russ)Мангушев Р.А., Готман А.Л., Знаменский В.В. И др. Сваи и свайные фундаменты: конструкции, проектирование, технологии / М.: АСВ, 2015. – 314 с.Mangushev R.A., Gotman A.L., Znamenskij V.V. Piles and pile foundations: structures, design, technologies. M.: ASV, 2015; 314. (In Russ)Метелюк Н.С., Шишко Г.Ф., Соловьев А.Б. и др. Сваи и свайные фундаменты. Изд-во К.: Будивельник, 1977. 256 с.Metelyuk N.S., Shishko G.F., Solov`ev A.B. Piles and pile foundations. Izd-vo K.: Budivel`nik, 1977; 256.Интернет портал: «Экоустойчивая архитектура: большепролѐтные светопрозрачные здания и сооружения». Режим доступа: http://blog.dp.ru/post/4699/Internet portal: Eco-sustainable architecture: large-span translucent buildings and structures. Rezhim dostupa: http://blog.dp.ru/post/4699/

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