vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2022-49-1-87-94vdgtu-1042Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREЦифровое моделирование прогрессирующего обрушения высотного зданияDigital modeling of progressive collapse for high-rise buildingАгахановЭ. К.AgakhanovE. K.

Агаханов Элифхан Керимханович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Транспортные сооружения и строительные материалы»

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Elifkhan K. Agakhanov, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Prof, Department of Transport Facilities and Building Materials

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

Elifhan@bk.ruКравченкоГ. М.KravchenkoG. M.

Кравченко Галина Михайловна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика», доцент

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Galina M. Kravchenko, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Technical Mechanics, Associate Professor

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000

galina.907@mail.ruКадомцевМ. И.KadomtsevM. I.

Кадомцев Максим Игоревич, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры «Медиатехнологии»

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Maksim I. Kadomtsev, Cand. Sci. (Phys. and Mathem.), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Media Technologies

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000

kadomtsev@mail.ruТруфановаЕ. В.TrufanovaE. V.

Труфанова Елена Васильевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Техническая механика»

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Elena V. Trufanova, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Technical Mechanics

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000

el.trufanova@mail.ruСавельеваН. А.SavelyevaN. A.

Савельева Нина Александровна, старший преподаватель кафедры «Техническая механика»

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Nina A. Savelyeva, Senior Lecturer, Department of Technical Mechanics

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000

ninasav86@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian FederationДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation2022200520224918794Copyright © Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Кадомцев М.И., Труфанова Е.В., Савельева Н.А., 20222022Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Кадомцев М.И., Труфанова Е.В., Савельева Н.А.Agakhanov E.K., Kravchenko G.M., Kadomtsev M.I., Trufanova E.V., Savelyeva N.A.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/1042Цель

Цель. В статье обоснована необходимость цифрового моделирования аварийного воздействия при исследовании устойчивости здания к прогрессирующему обрушению путем создания имитатора локального разрушения.

Метод

Метод. Для обеспечения уникального архитектурного облика проектируемого многофункционального высотного комплекса разработана сложная форма с выемками, в которых располагаются лифтовые шахты. Соблюдается принцип управления конструкции за счет притока внешней энергии. Преобразование энергии и необходимая защита обеспечивается наличием в пространственном каркасе здания уравновешивающих связей около архитектурных выемок, позволяющих стабилизировать состояние сложной системы. Пространственная жесткость конструктивной схемы высотного здания обеспечивается применением симметрично расположенных диафрагм и ядер жесткости, жестких узлов для сопряжения с несущими конструкциями аутригерных систем.

Результат

Результат. Алгоритм расчета на прогрессирующее обрушение включает расчет напряженно-деформированного состояния элементов каркаса здания при нормальной эксплуатации. Создается аналог аварийного воздействия путем исключения из расчетной модели несущего элемента, мгновенное удаление которого моделируется усилием с обратным знаком, определенное по результатам расчета в стадии нормальной эксплуатации.

Вывод

Вывод. Напряженно-деформированное стояние каркаса, возникающее при локальном разрушении, является критерием устойчивости к прогрессирующему обрушению. Исследован вопрос о необходимости и устанавливаемой форме аутригерных этажей применительно к конкретному зданию. Приведена зависимость динамических характеристик при изменении конструктивных решений каркаса уникального здания.

 

 

Objective

Objective. The article substantiates the need for digital simulation of emergency impact in the study of the stability of a building to progressive collapse by creating a simulator of local destruction.

Method

Method. To ensure the unique architectural appearance of the projected multifunctional high-rise complex, a complex shape has been developed with recesses in which elevator shafts are located. The principle of control of the structure due to the influx of external energy is observed. Energy conversion and the necessary protection is provided by the presence in the spatial frame of the building of balancing connections near architectural recesses, which allow stabilizing the state of a complex system. The spatial rigidity of the structural scheme of a high-rise building is ensured by the use of symmetrically located diaphragms and stiffening cores, rigid nodes for interfacing with the supporting structures of outrigger systems.

Result

Result. The calculation algorithm for progressive collapse includes the calculation of the stress-strain state of the building frame elements during normal operation. An analogue of the emergency action is created by excluding from the design model the bearing element, the instantaneous removal of which is modeled by a force with the opposite sign, determined by the results of the calculation in the normal operation stage.

Conclusion

Conclusion. The stress-strain state of the frame, which occurs during local destruction, is a criterion for resistance to progressive collapse. The question of the need and the established form of outrigger floors in relation to a specific building has been investigated. The dependence of the dynamic characteristics when changing the structural solutions of the frame of a unique building is given.

цифровое моделирование прогрессирующего обрушенияпараметрическая архитектуравысотные зданияметод конечных элементовформы колебанийнапряженно-деформированное состояниеконструкцияаутригерный этажdigital modeling of progressive collapseparametric architecturehigh-rise buildingsfinite element methodvibration modesstress-strain statestructureoutrigger floorReferencesEremeeva A.A., Pomorov S.B., Pojdina T.V. (2014) Parametrism in architecture. Searches and solution. Barnaul, 118–122.Eremeeva AA, Pomorov SB, Pojdina TV (2014) Parametrism in architecture. Searches and solution. Barnaul, 118–122Mamieva I (2020) Analytical surfaces for parametric architecture in contemporary buildings and structures, Academia. Architecture and Construction №1, 150–165Mamieva I. Analytical surfaces for parametric architecture in contemporary buildings and structures, Academia. Architecture and Construction. 2020; 1:150–165Kravchenko G, Trufanova E, Boldyrev A (2018) Evolution of objects of parametrism Constr Archit 6(4):44–4Kravchenko G, Trufanova E, Boldyrev A. Evolution of objects of parametrism Constr Archit.2018; 6(4):44–4V. Talapov BIM technology: The essence and features of building information modeling implementation, DMK-press, 410 (2015)V. Talapov BIM technology: The essence and features of building information modeling implementation, DMK-press, 2015; 410.N. V. Fedorova, S. Yu. Savin. Progressive collapse resistance of facilities experienced to localized structural damage - an analytical review. Building and Reconstruction. – 2021. – No 3(95). – P. 76-108.N. V. Fedorova, S. Yu. Savin. Progressive collapse resistance of facilities experienced to localized structural damage - an analytical review. Building and Reconstruction. 2021; 3(95): 76-108.Kiakojouri F. et al. Progressive collapse of framed building structures: Current knowledge and future prospects // Eng. Struct. Elsevier, 2020. Vol. 206, December 2019. P. 110061Kiakojouri F. et al. Progressive collapse of framed building structures: Current knowledge and future prospects // Eng. Struct. Elsevier, December 2019. 2020; 206: 110061.Агаханов Г.Э. Решение задач механики деформируемого твердого тела с использованием фиктивных расчетных схем // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - № 3. – 2015 с. 8-15.Agaxanov G.E`. Reshenie zadach mexaniki deformiruemogo tverdogo tela s ispol`zovaniem fiktivny`x raschetny`x sxem / [Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta. Texnicheskie nauki] Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Science. 2015; 3: 8-15. (In Russ)Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Панасюк Л.Н., Труфанова Е.В. Реализация метода кинематической декомпозиции для расчетов в нелинейной постановке. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2014, Т. 35, №4.- с. 14-19..Agaxanov E.K., Kravchenko G.M., Panasyuk L.N., Trufanova E.V. Realizaciya metoda kinematicheskoj dekompozicii dlya raschetov v nelinejnoj postanovke. [Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta. Texnicheskie nauki] Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Science. 2014; 35(4):14-19 (In Russ)Абдуразаков Г.М., Абакаров А.Д. Построение расчетных моделей оценки живучести рамных систем при сейсмическом воздействии в сборнике: вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. 2015. с. 58-61.Abdurazakov G.M., Abakarov A.D. Postroenie raschetny`x modelej ocenki zhivuchesti ramny`x sistem pri sejsmicheskom vozdejstvii v sbornike: voprosy` sovremenny`x texnicheskix nauk: svezhij vzglyad i novy`e resheniya. Sbornik nauchny`x trudov po itogam mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. 2015; 58-61. (In Russ)Adam J.M. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Eng. Struct. Elsevier, 2018. Vol. 173, № March. P. 122-14Adam J.M. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Eng. Struct. Elsevier, 2018; 173 (March): 122-14Агаханов Э.К. О развитии комплексных методов решения задач механики деформируемого твердого тела». Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, 2013.с. 14-19.Agaxanov E`.K. O razvitii kompleksny`x metodov resheniya zadach mexaniki deformiruemogo tverdogo tela». [Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta. Texnicheskie nauki], 2013; 14-19. (In Russ)Кравченко Г.М., Коробкин А.П., Труфанова Е.В., Лукьянов В.И. Критерии оценки динамических моделей железобетонного каркаса здания, Science Time, 2014, с. 255-260.Kravchenko G.M., Korobkin A.P., Trufanova E.V., Luk`yanov V.I. Kriterii ocenki dinamicheskix modelej zhelezobetonnogo karkasa zdaniya, Science Time, 2014; 255-260. (In Russ)Муртазалиев Г.М., Акаев А.И., Пайзулаев М.М. Основные соотношения начального этапа послекритического деформирования конструкций. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2013. № 28. С. 90-93.Murtazaliev G.M., Akaev A.I., Pajzulaev M.M. Osnovny`e sootnosheniya nachal`nogo e`tapa poslekriticheskogo deformirovaniya konstrukcij. [Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta. Texnicheskie nauki] Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Science. 2013;28: 90-93. (In Russ)Муртазалиев Г.М., Дибиргаджиев А.М Вариационные принципы механики конструкций. Сборник тезисов докладов XXXVI итоговой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический университет». Под ред. Т.А. Исмаилова. 2015. с. 118-119.Murtazaliev G.M., Dibirgadzhiev A.M Variacionny`e principy` mexaniki konstrukcij. Sbornik tezisov dokladov XXXVI itogovoj nauchno-texnicheskoj konferencii prepodavatelej, sotrudnikov, aspirantov i studentov FGBOU VO «Dagestanskij gosudarstvenny`j texnicheskij universitet». Pod red. T.A. Ismailova. 2015;118-119. (In Russ)Агаханов Э.К. Развитие комплексных методов в механике деформируемого твердго тела, Материалы Международной научно-практической конференции, ФГБОУ ВПО "ГГНТУ", г. Грозный, 2015. с. 99-105.Agaxanov E`.K. Razvitie kompleksny`x metodov v mexanike deformiruemogo tverdgo tela, Materialy` Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, FGBOU VPO "GGNTU", g. Grozny`j, 2015; 99-105. (In Russ)G. M. Kravchenko, E. V. Trufanova, D. S. Kostenko, S. G. Tsurikov. Structural concepts of high-rise buildings resistant to progressive collapse. Materials Science Forum. – 2018. – Vol. 931. – P. 54-59.G. M. Kravchenko, E. V. Trufanova, D. S. Kostenko, S. G. Tsurikov. Structural concepts of high-rise buildings resistant to progressive collapse. Materials Science Forum. 2018; 931: 54-59. (In Russ)Труфанова Е.В., Панасюк Е.Л.Влияние упрощающих гипотез при моделировании объектов строительства на точность конструктивных результатов. Наука и бизнес: пути развития. 2013. № 8 (26). с. 11-18.Trufanova E.V., Panasyuk E.L.Vliyanie uproshhayushhix gipotez pri modelirovanii ob``ektov stroitel`stva na tochnost` konstruktivny`x rezul`tatov. [Nauka i biznes: puti razvitiya] Science and business: ways of development. 2013;8 (26): 11-18. (In Russ)Batht K.-J. Finite Element Procedures. New Jersey: Prentice Hall, 1996.с.95-97.Batht K.-J. Finite Element Procedures. New Jersey: Prentice Hall, 1996; 95-97.Engel H. Structure Systems. Stuttgart: Deutsche Verlags-Anstalt. 1967. с.23-24.Engel H. Structure Systems. Stuttgart: Deutsche Verlags-Anstalt. 1967; 23-24.Simbirkin V. Analysis of Reinforced Concrete Loadbearing Systems of Multistorey Buildings. Modern Building Materials, Structures and Techniques: CD-ROM Proceedings of the 8th International Conference, Vilnius, May 19-21, 2004.с.98-99.Simbirkin V. Analysis of Reinforced Concrete Loadbearing Systems of Multistorey Buildings. Modern Building Materials, Structures and Techniques: CD-ROM Proceedings of the 8th International Conference, Vilnius, May 19-21, 2004; 98-99.

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