ВПЛИВ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ТРАНСФОРМАЦІЇ НА МЕХАНІЧНУ ПОВЕДІНКУ НЕСУЧИХ СИСТЕМ СПОРІДНЕНИХ МАЛОПОВЕРХОВИХ ЖИТЛОВИХ БУДИНКІВ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-2(46)-183-202Ключові слова:
геометрична трансформація; малоповерхова будівля; числове моделювання; САПФІР-3D; LIRA-FEM; несучі стіни; перерозподіл зусиль.Анотація
У роботі досліджено вплив просторово-планувальної трансформації на механічну поведінку несучих систем двох споріднених малоповерхових житлових будинків. Будівлі розглянуто як базовий і геометрично розвинений варіанти однієї архітектурно-конструктивної концепції. В системі інформаційного моделювання САПФІР-3D побудовано просторові фізико-геометричні моделі будинків, які надалі трансформовано у скінченно-елементні моделі в програмному комплексі LIRA-FEM. Для обох варіантів застосовано однакові принципи дискретизації, формування розрахункових сполучень навантажень і моделювання граничних умов, а взаємодію споруди з ґрунтовою основою представлено двопараметричною моделлю Вінклера–Пастернака. Порівняльний аналіз виконано за абсолютними, відносними та питомими показниками геометрії, матеріаломісткості і механічної реакції, а також за зміною роботи вибраних несучих стін спільного геометричного ядра. Збільшення розрахункової площі на 72,0% супроводжується практично пропорційним приростом модельного об’єму на 73,3%, тоді як маса несучих конструкцій зростає випереджальними темпами – на 91,8%. Механічна реакція несучої системи не відповідає простому пропорційному масштабуванню, зокрема, максимальне за модулем вертикальне переміщення збільшується на 45,5%, інтегральна реакція найбільш навантаженої несучої стіни – на 39,1%, а перший період власних коливань – лише на 16,2%. Локальний аналіз спільного геометричного ядра виявив різноспрямований перерозподіл силових факторів, а самеу стіні поблизу зони геометричного розвитку мембранне зусилля зростає на 47,2%, у внутрішній стіні ядра зменшується на 12,2%, тоді як у віддаленій стіні змінюється лише на 5,3%. Отримані результати показують, що геометричний розвиток спорідненої будівлі спричиняє непропорційні та локально різноспрямовані зміни механічної реакції внаслідок перерозподілу жорсткості і шляхів передавання навантажень. Запропонований підхід може бути використаний у варіантному проєктуванні для кількісної оцінки впливу просторово-планувальних трансформацій на матеріаломісткість, деформативність і розподіл внутрішніх зусиль.
Завантаження
Посилання
1. Rankin, K. H., Arceo, A., Isin, K., & Saxe, S. (2024). Embodied GHG of missing middle: Residential building form and strategies for more efficient housing. Journal of Industrial Ecology, 28(3), 455–468. https://doi.org/10.1111/jiec.13461
2. Gauch, H. L., & et al. (2023). What really matters in multi-storey building design? A simulta-neous sensitivity study of embodied carbon, construction cost, and operational energy. Applied Energy, 333, Article 120585. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.120585
3. Toporkov, V. (2020). Transformation as a means of increasing the efficiency of the use of living space. Current Problems of Architecture and Urban Planning, 56, 293–304. https://doi.org/10.32347/2077-3455.2020.56.293-304
4. Shin, D., & et al. (2022). Evaluation of data extracted from floor plans for apartment complex remodeling. Advances in Civil Engineering, 2022, Article 9376886. https://doi.org/10.1155/2022/9376886
5. Nazari, F., & et al. (2024). Building shape optimization based on interconnected embodied and operational energy and carbon impacts. Energy and Buildings, 325, Article 114933. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114933
6. Islam, M. R., Chakraborty, S., & Kim, D. (2022). Effect of plan irregularity and beam discontinuity on structural performances of buildings under lateral loadings. Architectural Research, 24(2), 53–61. https://doi.org/10.5659/AIKAR.2022.24.2.53
7. Ruggieri, S., & et al. (2022). Reduced-order models for the seismic assessment of plan-irregular low-rise frame buildings. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 51(14), 3327–3346. https://doi.org/10.1002/eqe.3725
8. Aşıkoğlu, A., Vasconcelos, G., & Lourenço, P. B. (2021). Overview on the nonlinear static procedures and performance-based approach on modern unreinforced masonry buildings with structural irregularity. Buildings, 11(4), Article 147. https://doi.org/10.3390/buildings11040147
9. Aşıkoğlu, A., & et al. (2020). Pushover analysis of unreinforced irregular masonry buildings: Lessons from different modeling approaches. Engineering Structures, 218, Article 110830. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110830
10. Cattari, S., & et al. (2022). Equivalent frame idealization of walls with irregular openings in masonry buildings. Engineering Structures, 256, Article 114055. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114055
11. Camata, G., & et al. (2022). Validation of non-linear equivalent-frame models for irregular masonry walls. Engineering Structures, 253, Article 113755. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113755
12. Alecci, V., & et al. (2024). Evaluation of vertical irregularity effects of historical masonry buildings through a simplified procedure: The case of Florence city center. Bulletin of Earthquake Engineering, 22(5), 2085–2104. https://doi.org/10.1007/s10518-023-01846-0
13. Grzyb, K., Hua, Y., Jasiński, R., & Milani, G. (2025). Redistribution of internal forces in masonry walls: A study through full-scale experiments and numerical simulations. Engineering Structures, 340, Article 120758. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.120758
14. Hu, Y., Ma, P., & Yao, J. (2023). Effects of aspect ratios and vertical loads on in-plane seismic behavior of unreinforced masonry walls: A numerical simulation. PLOS ONE, 18(3), Article e0282430. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0282430
15. Zajac, M., Kuzniar, K., & Tatara, T. (2024). Effect of load-bearing wall material on building dynamic properties. Materials, 17(24), Article 6101. https://doi.org/10.3390/ma17246101
16. Tripepi, C., & et al. (2023). Experimental vibration analysis in the knowledge process of a historic confined masonry building. Buildings, 13(10), Article 2560. https://doi.org/10.3390/buildings13102560
17. Ren, R., & Zhang, J. (2021). A new framework to address BIM interoperability in the AEC domain from technical and process dimensions. Advances in Civil Engineering, 2021, Article 8824613. https://doi.org/10.1155/2021/8824613
18. Gomes, A. M., & et al. (2022). BIM in structural project: Interoperability analyses and data management. Applied Sciences, 12(17), Article 8814. https://doi.org/10.3390/app12178814
19. Afzal, M., & et al. (2023). Towards BIM-based sustainable structural design optimization: A systematic review and industry perspective. Sustainability, 15(20), Article 15117. https://doi.org/10.3390/su152015117
20. Kathiravel, R., & Feng, H. (2024). Structural and embodied carbon performance optimization for low carbon buildings through BIM-based integrated design. Journal of Building Engineering, 98, Article 111008. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.111008
21. Mergos, P. E. (2024). Structural design of reinforced concrete frames for minimum amount of concrete or embodied carbon. Energy and Buildings, 318, Article 114505. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114505
22. Chashyn, D. Yu., Rakhmanin, O. A., & Khil, D. V. (2022). Uprovadzhennia BIM-tekhnolohii
yak osnovy dlia stvorennia kompleksnykh informatsiinykh modelei v keruvanni budivnytstvom [Implementation of BIM-technologies as a basis for creating complex information models in construction management]. Ukrainskyi Zhurnal Budivnytstva ta Arkhitektury, (1(007)), 63–70. https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.220222.63.834 (in Ukrainian)
23. Barabash, M. S., & Romashkina, M. A. (2018). LIRA-SAPR program for generating design models of reconstructed buildings. International Journal for Computational Civil and Structural
Engineering, 14(4), 70–80. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-14-4-70-80
24. Barabash, M. S., Kostyra, N. O., & Tomashevskyi, A. V. (2022). Vyznachennia napruzheno-deformovanoho stanu ta mitsnosti poshkodzhenykh nesnykh konstruktsii instrumentamy PK “LIRA-SAPR” [Determination of stress-strain state and strength of damaged load-bearing structures with PC “LIRA-SAPR” tools]. Ukrainskyi Zhurnal Budivnytstva ta Arkhitektury, (1(007)), 7–14. https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.220222.7.827 (in Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
