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 // <i>Строительные конструкции: Межвед. научн-техн. сб. науч. работ</i>. 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 // <i>Современные строительные конструкции из металла и древесины: Сб. научных трудов</i>. Одесса, 2005. Ч. 1. С. 62–67.

4. Боярский А.В., Елисеев Ю.И. Новые эффективные профилированные настилы для армирования композитных плит // <i>Строительные материалы и технологии</i>. 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 // <i>Межвед. научн-техн. сб. науч. работ</i>. 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. <i>Structures</i>. 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. <i>Journal of Constructional Steel Research</i>. 2015, vol. 110, pp. 137–148. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.03.008

13. Ayhan D., Schafer B.W. Cold-formed steel member bending stiffness prediction. <i>Journal of Constructional Steel Research</i>. 2015, vol. 115, pp. 148–159. DOI: 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. <i>Journal of Constructional Steel Research</i>. 2014, vol. 101, pp. 114–123. DOI: 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. <i>Proceedings of the Eighth International Conference on Advances in Steel Structures</i>. Lisbon, Portugal, July 22–24. 2015, 15 p.

16. Schafer B.W. Seismic response and engineering of cold-formed steel framed buildings. <i>Proceedings of the Eight International Conference on Advances in Steel Structures</i>. 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. <i>Proceedings of the 8th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas – STESSA 2015</i>. 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. <i>Proceedings of the 8th International Conference on Behavior of Steel Structures in Seismic Areas – STESSA 2015</i>. Shanghai, China, July 1–4. 2015. DOI: 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. <i>Journal of Structural Engineering</i>. 2016, vol. 142, issue 4, E4015002. DOI: 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. <i>Journal of Constructional Steel Research</i>. 2016, vol. 121, pp. 1–12. DOI: 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. <i>Advances in Structural Engineering</i>. 2017, vol. 20, issue 7, pp. 1098–1110. DOI: 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. <i>Thin-Walled Structures</i>. 2017, vol. 116, pp. 234–249. DOI: 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. <i>Thin-Walled Structures</i>. 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. <i>Journal of Structural Engineering</i>. 2015, vol. 141, no. 10, 04015014. DOI: 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. <i>Bulletin of Earthquake Engineering</i>. 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 // <i>Вестник НИЦ «Строительство» </i>. 2021. Том 31. № 4. С. 98–109. DOI: 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 // <i>Научный потенциал строительной отрасли</i>: Сборник материалов II научно-практической конференции, Москва, 22 сентября 2021 года. Москва: АО «НИЦ «Строительство», 2021. С. 13–17. DOI: 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 // <i>Вестник НИЦ «Строительство» </i>. 2022. Том 32. № 1. С. 30–52. DOI: 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 // <i>Вестник Международной ассоциации экспертов по сейсмостойкому строительству</i>. 2022. № 1 (13). С. 19–49. DOI: 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. <i>Proceedings of the 16th World Conference on Earthquake Engineering, 16WCEE</i>. 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. <i>Proceedings of the Eighth International Conference on Thin-Walled Structures (ICTWS 2018)</i>. 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. <i>Engineering Structures</i>. 2017, vol. 151, pp. 633–647. DOI: 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. <i>Materials</i>. 2021, vol. 14, no. 1, p. 118. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14010118