Особенности применения комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций в сейсмоопасных районах

Введение. Статья посвящена исследованию особенностей применения комбинированных сталежелезобетонных перекрытий, выполненных на основе легких стальных тонкостенных конструкций, при возведении зданий в сейсмоопасных районах. Эти конструкции отличаются легкостью, высокой несущей способностью относительно собственного веса и ускоряют процесс строительства. В совокупности такие свойства делают их конкурентоспособной альтернативой традиционным технологиям, применяемым при строительстве зданий, возводимых в сейсмических районах.

Целью исследования является обзорный анализ, демонстрация текущего прогресса, проблем и будущих направлений исследований, особенностей применения комбинированных сталежелезобетонных перекрытий зданий на основе легких стальных тонкостенных конструкций в сейсмических районах.

Материалы и методы. Выполнен систематический обзор и анализ отечественных и зарубежных исследований сейсмостойкости комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций. Использованы систематизация, структурный, сравнительный и сопоставительный анализы, теоретическое обобщение материалов, полученных при анализе отечественных и зарубежных нормативно-технических документов, а также литературных источников, содержащих информацию о результатах исследований сейсмостойкости комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций.

Результаты. Рассмотрены и обобщены результаты экспериментальных исследований сейсмостойкости комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций. Продемонстрированы текущие достижения, актуальные проблемы и перспективные направления дальнейших исследований. Результаты анализа подтверждают, что комбинированные сталежелезобетонные перекрытия на основе легких стальных тонкостенных конструкций обеспечивают конкурентоспособное и эффективное решение для строительства зданий, возводимых в сейсмоопасных районах. Результаты исследования подтверждают, что эффективное взаимодействие стального каркаса, профилированного настила и бетонного слоя обеспечивает оптимальный баланс между жесткостью и пластичностью конструкции комбинированного сталежелезобетонного перекрытия, что особенно важно для сопротивления сейсмическим нагрузкам и обеспечения надежности и механической безопасности здания. Однако отсутствие нормативных документов, регулирующих проектирование комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций зданий, возводимых в сейсмических районах, ограничивает их широкое внедрение в строительной практике.

Выводы. Подтверждается необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований, разработки и совершенствования нормативно-технических документов, которые позволят расширить применение комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций, обеспечивая надежность и механическую безопасность зданий, возводимых с их применением, в том числе в сейсмических районах.

1. Беляева С.Ю., Присяжнюк Н.В., Давиденко А.И. К вопросу совершенствования методики расчета прочности изгибаемых железобетонных элементов, армированных стальным профилированным настилом // Строительные конструкции: Межвед. научн-техн. сб. науч. работ. Киев: ННИСК, 2004. Вып. 60. С. 542-546.

2. Рекомендации по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом / НИИЖБ, ЦНИИПромизданий. Москва: Стройиздат, 1987. 40 с.

3. Давиденко А.И, Давиденко М.А., Беляева С.Ю., Присяжнюк Н.В. Трубчато-ребристая железобетонная плита со стальным профилированным настилом: конструктивное решение и расчет прочности // Современные строительные конструкции из металла и древесины: Сб. научных трудов. Одесса, 2005. Ч. 1. С. 62-67.

4. Боярский А.В., Елисеев Ю.И. Новые эффективные профилированные настилы для армирования композитных плит // Строительные материалы и технологии. 2007. Вып. 24. С. 9-12.

5. Давиденко А.И., Давиденко М.А., Присяжнюк Н.В., Райтаровський А.Н., Мазур С.Е., Белов И.Д. Трубчато-ребристая конструкция перекрытия со стальным профилированным настилом. Патент 9769 Е 01 В 5/40. ДонДТУ. № 200503027. Заявл. 04.04.05. Опубл. 17.10.05. Бюл. № 10.

6. Беляева С.Ю. К расчету прочности монолитной железобетонной конструкции перекрытия с двойным профилированным настилом // Межвед. научн-техн. сб. науч. работ. Киев: НИИСК, 2005. Вып. 63. С. 37-42.

7. СП 260.1325800.2016. Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования. Москва: Стандартинформ, 2016.

8. СП 14.13330.2018. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*. Москва: Стандартинформ, 2018.

9. AISI S400-15. North American Standard for Seismic Design of Cold-Formed Steel Structural Systems. Washington, DC, USA: American Iron and Steel Institute (AISI), 2015.

10. NBCC. National Building Code of Canada. Ottawa, ON, Canada: National Research Council of Canada (NRCC), 2005.

11. Schafer B.W., Ayhan D., Leng J., Liu P., Padilla-Llano D., Peterman K.D., Stehman M., Buonopane S.G., Eatherton M., Madsen R., et al. Seismic response and engineering of cold-formed steel framed buildings. Structures. 2016, no. 8, pp. 197-212.

12. Buonopane S.G, Bian G., Tun T.H., Schafer B.W. Computationally Efficient Fastener-Based Models of Cold-Formed Steel Shear Walls with Wood Sheathing. Journal of Constructional Steel Research. 2015, vol. 110, pp. 137-148. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.03.008

13. Ayhan D., Schafer B.W. Cold-formed steel member bending stiffness prediction. Journal of Constructional Steel Research. 2015, vol. 115, pp. 148-159. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.07.004

14. Liu O., Peterman K.D., Yu C., Schafer B.W. Impact of construction details on OSB-sheathed cold-formed steel framed shear walls. Journal of Constructional Steel Research. 2014, vol. 101, pp. 114-123. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2014.05.003

15. Ayhan D., Qin Y., Torabian S., Schafer B.W. Characterizing joist-ledger performance for coldformed steel light frame construction. Proceedings of the Eighth International Conference on Advances in Steel Structures. Lisbon, Portugal, July 22-24. 2015, 15 p.

16. Schafer B.W. Seismic response and engineering of cold-formed steel framed buildings. Proceedings of the Eight International Conference on Advances in Steel Structures. Lisbon, Portugal, July 22-24. 2015, 22 p.

17. Peterman K.D., Schafer B.W. Experimental determination of base shear from full-scale shake table testing of two cold-formed steel framed buildings. Proceedings of the 8th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas - STESSA 2015. Shanghai, China, July 1-4. 2015.

18. Bian G., Padilla-Llano D.A., Leng J., Buonopane S.G., Moen C.D., Schafer B.W. OpenSEES modeling of cold formed steel framed wall system. Proceedings of the 8th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas - STESSA 2015. Shanghai, China, July 1-4. 2015. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23911.65441

19. Swensen S., Deierlein G.G., Miranda E. Behavior of screw and adhesive connections to gypsum wallboard in wood and cold-formed steel-framed wallettes. Journal of Structural Engineering. 2016, vol. 142, issue 4, E4015002. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001307

20. Ye J., Wang X., Zhao M. Experimental study on shear behavior of screw connections in CFS sheathing. Journal of Constructional Steel Research. 2016, vol. 121, pp. 1-12. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.12.027

21. Fiorino L., Macillo V., Landolfo R. Experimental characterization of quick mechanical connecting systems for cold-formed steel structures. Advances in Structural Engineering. 2017, vol. 20, issue 7, pp. 1098-1110. https://doi.org/10.1177/1369433216671318

22. Fiorino L., Pali T., Bucciero B., Macillo V., Terracciano M.T., Landolfo R. Experimental study on screwed connections for sheathed CFS structures with gypsum or cement based panels. Thin-Walled Structures. 2017, vol. 116, pp. 234-249. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.03.031

23. Jenkins C., Soroushian S., Rahmanishamsi E., Maragakis E.M. Experimental fragility analysis of cold-formed steel-framed partition wall systems. Thin-Walled Structures. 2016, vol. 103, pp. 115-127.

24. Wang X., Pantoli E., Hutchinson T.C., Restrepo J.I., Wood R.L., Hoehler M.S., Grzesik P., Sesma F.H. Seismic performance of cold-formed steel wall systems in a full-scale building. Journal of Structural Engineering. 2015, vol. 141, no. 10, 04015014. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001245

25. Magliulo G., Petrone C., Capozzi V., et al. Seismic performance evaluation of plasterboard partitions via shake table tests. Bulletin of Earthquake Engineering. 2014, vol. 12, pp. 1657-1677. https://doi.org/10.1007/s10518-013-9567-8

26. Бубис А.А., Гизятуллин И.Р., Доттуев А.И., Назмеева Т.В. Сейсмостойкость зданий из каркасно-обшивных конструкций с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей // Вестник НИЦ «Строительство» . 2021. Том 31. № 4. С. 98-109. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2021-4(31)-98-109

27. Гизятуллин И.Р. Экспериментальные исследования каркасно-обшивочных конструкций стен из легких стальных тонкостенных конструкций при действии сейсмических нагрузок // Научный потенциал строительной отрасли: Сборник материалов II научно-практической конференции, Москва, 22 сентября 2021 года. Москва: АО «НИЦ «Строительство», 2021. С. 13-17. https://doi.org/10.37538/2713-1157-2021-13-17

28. Гизятуллин И.Р. Сейсмостойкость зданий из каркасно-обшивных конструкций с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей: обзор и анализ современного состояния вопроса // Вестник НИЦ «Строительство» . 2022. Том 32. № 1. С. 30-52. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-1(32)-30-52

29. Гизятуллин И.Р. Сейсмостойкость зданий из каркасно-обшивных конструкций с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей // Вестник Международной ассоциации экспертов по сейсмостойкому строительству. 2022. № 1 (13). С. 19-49. https://doi.org/10.38054/iaeee-202203

30. Nikolaidou V., Latreille P., Rogers C.A., Lignos D.G. Characterization of cold-formed steel framed/woodsheathed floor and roof diaphragm structures. Proceedings of the 16th World Conference on Earthquake Engineering, 16WCEE. Santiago, Chile, 9-13 January 2017. 2017, p. 452.

31. Baldassino N., Bernardi M., Zandonini R., Zordan M. Study of cold-formed steel floor systems under shear loadings. Proceedings of the Eighth International Conference on Thin-Walled Structures (ICTWS 2018). Lisbon, Portugal, 24-27 July 2018.

32. Fiorino L., Macillo V., Landolfo R. Shake table tests of a full-scale two-story sheathing-braced coldformed steel building. Engineering Structures. 2017, vol. 151, pp. 633-647. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.08.056

33. Campiche A. Numerical modelling of CFS three-story strap-braced building under shaking-table excitations. Materials. 2021, vol. 14, no. 1, p. 118. https://doi.org/10.3390/ma14010118