<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Construction and Architecture</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Construction and Architecture</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Строительство и архитектура</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2308-0191</issn>
   <issn publication-format="online">2500-1477</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">25228</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.29039/article_5c646f16bffb38.56532696</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>05.23.17 Строительная механика</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>05.23.17 CONSTRUCTION MECHANICS</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>05.23.17 Строительная механика</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">FINITE ELEMENT MODELLING OF INTERACTION BUILDING FRAME AND SLAB-PILE FOUNDATION</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Конечно-элементное моделирование совместной работы плитного ростверка и каркаса здания</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Панасюк</surname>
       <given-names>Леонид Николаевич</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Panasiuk</surname>
       <given-names>Leonid Nikolaevich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>panasjuk.leonid@gmail.com</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Кравченко</surname>
       <given-names>Галина Михайловна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Kravchenko</surname>
       <given-names>Galina Mikhailovna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>galina.907@mail.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Труфанова</surname>
       <given-names>Елена Васильевна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Trufanova</surname>
       <given-names>Elena Vasilevna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-3"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Тарба</surname>
       <given-names>Инал Даурович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Tarba</surname>
       <given-names>Inal Daurovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-4"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Цвейба</surname>
       <given-names>Лаша Гарикович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Cveyba</surname>
       <given-names>Lasha Garikovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-5"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
     <city>Rostov-on-Don</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-3">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
     <city>Rostov-on-Don</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-4">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
     <city>Rostov-on-Don</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-5">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
     <city>Rostov-on-Don</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <volume>7</volume>
   <issue>1</issue>
   <fpage>34</fpage>
   <lpage>38</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://buildprod.ru/en/nauka/article/25228/view">https://buildprod.ru/en/nauka/article/25228/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>В статье рассмотрено моделирование совместной работы плитного ростверка и монолитного каркаса здания методом конечных элементов. Конечно-элементная модель разработана в пространственной постановке по комплексной схеме «верхнее строение – фундаментая плита – свайное основание». Свайное поле моделировалось податливыми стержнями с жесткостью, соответствующей средней осадке свайного поля. Статические и динамические расчеты выполнены в программном комплексе ING+. Результаты напряженно-деформированного состояния элементов каркаса здания демонстрируют корректность данного подхода учета податливости основания.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The article deals with the simulation of joint work of slab grillage and monolithic frame of the building by finite element method. The finite-element model is developed in the spatial formulation according to the complex scheme &quot;upper structure-base plate-pile Foundation&quot;. The pile field was modeled by pliable rods with stiffness corresponding to the average draft of the pile field. Static and dynamic calculations are performed in the ING+software package. The results of the stress-strain state of the building frame elements demonstrate the correctness of this approach to take into account the compliance of the base.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>метод конечных элементов</kwd>
    <kwd>конечно-элементная модель</kwd>
    <kwd>динамический расчет</kwd>
    <kwd>плитный ростверк</kwd>
    <kwd>свайное основание</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>finite element method</kwd>
    <kwd>finite element model</kwd>
    <kwd>dynamic calculation</kwd>
    <kwd>slab grillage</kwd>
    <kwd>pile Foundation</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>При моделировании работы оснований зданий и сооружений используют следующие подходы: в первом проводится переход от пространственной задачи к двухмерной (плоская или осесиметричная деформация); во втором работу основания моделируют упрощенной моделью. Простейшую модель Винклера-Фусса достаточно часто применяют в научных и инженерных расчетах. Модель обладает рядом недостатков, существенным из которых является невозможность учета взаимного влияния различных частей сооружения на основание. Аналогичными недостатками обладает двухпараметрическая модель Пастернака. В рассматриваемых моделях кинематические гипотезы вызывают определенные сомнения. Для исследования совместной работы плитного ростверка и каркаса здания рассмотрен многоэтажный жилой дом с подземной автостоянкой в г.Таганроге. Подвальный этаж, в котором располагается автостоянка,  разделен на две части деформационным швом. Первая надземная часть имеет офисный этаж, 16 жилых этажей и технический этаж. Покрытие второй части подвального этажа используется в качестве дворового пространства с возможностью заезда пожарных машин. Конструктивная схема здания выполнена с несущим каркасом из монолитных железобетонных конструкций.Фундаментная плита первой основной части здания толщиной 1500мм, второй - толщиной 600мм. Фундаментная плита основной части опирается на свайное поле, фундаментная плита второй части – на подготовленное естественное основание.Основными несущими элементами каркаса здания являются монолитные колонны сечением 400х400, 500х500 и 600х600мм; монолитные диафрагмы жесткости толщиной 200мм, 300мм, 400мм; стены подвала  - 400мм, 500мм; монолитные плиты перекрытий толщиной 200 и 250 мм. Все конструктивные элементы выполнены из бетона В25, арматура продольная класса А400, поперечная класса А240. Стены подвального этажа одновременно воспринимают вертикальную нагрузку и нагрузку от обратной засыпки грунта. Вертикальная нагрузка, действующая на плиты перекрытия и покрытия, распределяется за счет их жесткости на вертикальные элементы – колонны, несущие монолитные стены и диафрагмы жесткости. Горизонтальная ветровая нагрузка воспринимается в уровне плит перекрытий и перераспределяется на диафрагмы жесткости и ядра жесткости в лестнично-лифтовых узлах. Частично горизонтальная нагрузка влияет на перераспределение вертикальные усилия в колоннах и диафрагмах, которые за счет изменения вертикальных усилий также воспринимают часть ветрового момента. Фундаментная плита опирается на свайное основание по схеме высокого ростверка.Пространственная жесткость и неизменяемость сооружения обеспечивается высокой степенью статической неопределимости, включением в совместную работу всех несущих конструктивных элементов. Стены подвального этажа жестко соединены с перекрытием.Для решения поставленной задачи применен метод конечных элементов [1]. Существуют различные конечно-элементные комплексы, которые позволяют производить расчет сложных инженерных сооружений на статическое и динамическое воздействие.В программных комплексах прочностного расчета используется  метод конечных элементов в форме метода перемещений, построенный на основе вариационного принципа Лагранжа.  Глобальная матрица жесткости ансамбля конечных элементов формируется из локальных матриц жесткости отдельных элементов путем их соединения в общих узлах. Затем учитываются граничные условия (условия опирания и сопряжения элементов).  Вектор узловых сил системы  строится по заданным внешним узловым воздействиям и распределенных по площади элемента или его граней нагрузок. Неизвестный вектор узловых перемещений определяется в процессе решения системы уравнений метода перемещений. Затем, для каждого конечного элемента, используя найденные узловые перемещения, определяют деформации, напряжения. По найденным напряжениям определяют интегральные усилия (изгибающие и крутящие моменты, продольные и поперечные усилия).Расчет выполнен по лицензионной версии программы ING+, имеющим сертификат соответствия и верификацию программного комплекса РААСН.Модель разработана в пространственной постановке по комплексной схеме «верхнее строение – фундаментая плита – свайное основание» (рис. 1а).Рис. 1. – Конечно-элементная модель: а) общий вид;б) плитный ростверк; в) фрагмент плитного ростверка В работе при моделировании свайного поля предложено использовать податливые стержни с жесткостью, соответствующей средней осадке свайного основания (рис. 1б,в) [2-3].Статический расчет выполнен на постоянную нагрузку от несущих и ненесущих конструкций, временную (полезную) и снеговую нагрузки. В конечно-элементную модель добавлены данные по статической ветровой нагрузке в различных направлениях. Выполнен динамический расчет по определению спектра частот и форм собственных колебаний [4-6]. Для учета инерционных характеристик  грунтового массива при решении спектральной задачи жесткость основания принята бесконечной. Спектр частот включает первые две формы – поступательные, третью – крутильную, что соответствует требованиям норм проектирования. Характерные формы колебаний в виде поступательной, крутильной и изгибно-крутильной приведены на рис. 2.Рис. 2 – Характерные формы колебаний: а) поступательная; б) крутильная; в) изгибно-крутильная Для учета пульсационной составляющие ветровой нагрузки сформированы исходные данные, в соответствии с ветровым районом, геометрическими параметрами здания, типом местности и конструктивной схемой сооружения  (рис. 3) [7-8].Рис. 3 -  Параметры определения пульсационных нагружений: а) основные; б) дополнительные условия Выполнен статический расчет здания  с учетом пульсационной составляющей ветровой нагрузки и определены деформации и усилия в элементах каркаса здания (рис. 4). Рис. 4 - Деформации здания: а) от полной нормативной вертикальной нагрузки; б) от ветровой нагрузки с учетом пульсационной составляющей Деформации фундаментной плиты от вертикальной нагрузки изменяются от 85 до 120мм. Неравномерность осадок 35мм. Здание имеет некоторый крен только от вертикальных нагрузок, обусловленный неравномерностью загружения плиты в плане. Максимальный крен  верха здания составляет 94мм.От действия ветра (с учетом пульсации) максимальные отклонения верха здания 95мм, что не превышает нормативно допустимых значений.Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния плитного ростверка (рис. 5).Рис. 5 – Плитный ростверк: а) маркировка сечений 1, 2; б) вертикальные перемещения в сечении 1; в) вертикальные перемещения в сечении 1 Деформации фундаментной плиты от вертикальной нагрузки изменяются от 85 до 120мм.На рис. 6 показаны изгибающие моменты в плитном ростверке.Рис. 6 – Изгибающие моменты в плитном ростверке: а) относительно оси Х; б) относительно оси YПо результатам напряженно-деформированного состояния плитного ростверка определено  распределение  верхней и нижней арматуры вдоль осей Х и Y (рис. 7.).Рис. 7 – Армирование плитного ростверка: а) верхняя арматура вдоль оси Х; б) нижняя арматура вдоль оси Y Предлагаемый подход моделирования податливости свайного основания жесткими стержнями ростверка позволяет корректно определить изгибающие усилия и правильно рассчитать армирование фундаментной плиты, в то время как нормативная равномерная осадка свайного поля не учитывает эти усилия и неравномерные деформации.</p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Batht K.-J. Finite Element Procedures. K.-J. Batht//New Jersey: Prentice Hall, 1996. pp. 10-12.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Batht K.-J. Finite Element Procedures. K.-J. Batht//New Jersey: Prentice Hall, 1996. pp. 10-12.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Назаренко Д.И., Шарипов Э.Р. Расчет здания общежития технопарка Ростовского государственного строительного университета (РГСУ) с применением различных моделей основания // Инженерный Вестник Дона, №3, 2015 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3228.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kravchenko G.M., Trufanova E.V., Nazarenko D.I., SHaripov EH.R. Raschet zdaniya obshchezhitiya tekhnoparka Rostovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta (RGSU) s primeneniem razlichnyh modelej osnovaniya // Inzhenernyj Vestnik Dona, №3, 2015 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3228.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кадомцев М.И., Ляпин А.А., Тимофеев С.И. К вопросам построения эффективных алгоритмов расчета системы «сооружение-грунт» // Инженерный вестник Дона, 2012, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/719/</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kadomcev M.I., Lyapin A.A., Timofeev S.I. K voprosam postroeniya ehffektivnyh algoritmov rascheta sistemy «sooruzhenie-grunt» // Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/719/</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Шутенко Е. О.,  Хашхожев К. Н. Динамический расчет объекта «Спортивно-оздоровительный комплекс» Технопарка РГСУ// Инженерный вестник Дона, №4 2015, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3279.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kravchenko G.M., Trufanova E.V., SHutenko E. O., Hashkhozhev K. N. Dinamicheskij raschet ob&quot;ekta «Sportivno-ozdorovitel'nyj kompleks» Tekhnoparka RGSU// Inzhenernyj vestnik Dona, №4 2015, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3279.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Зотова Е. В., Панасюк Л. Н. Численное моделирование динамических систем с большим числом степеней свободы на импульсные воздействия // Инженерный вестник Дона, 2012, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/933/</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Zotova E. V., Panasyuk L. N. CHislennoe modelirovanie dinamicheskih sistem s bol'shim chislom stepenej svobody na impul'snye vozdejstviya // Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/933/</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Труфанова Е.В. Регулирование параметров собственных колебаний пространственного каркаса здания // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2016. Т. 42. № 3. С. 8-15.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Agahanov EH.K., Kravchenko G.M., Trufanova E.V. Regulirovanie parametrov sobstvennyh kolebanij prostranstvennogo karkasa zdaniya // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2016. T. 42. № 3. pp. 8-15.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Осадчий А.С., Труфанова Е.В. Расчет зданий сложной геометрической формы на ветровые воздействия. // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2017. Т. 44. № 2. С. 8-17.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Agahanov EH.K., Kravchenko G.M., Osadchij A.S., Trufanova E.V. Raschet zdanij slozhnoj geometricheskoj formy na vetrovye vozdejstviya. // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2017. T. 44. № 2. pp. 8-17.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кравченко Г.М., Труфанова Е.В. Учет пульсации ветра при расчете зданий с несущими кирпичными стенами // Научное обозрение. 2014. № 11-3. С. 796-799.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kravchenko G.M., Trufanova E.V. Uchet pul'sacii vetra pri raschete zdanij s nesushchimi kirpichnymi stenami // Nauchnoe obozrenie. 2014. № 11-3. pp. 796-799.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
