master student of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
магистрант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
кандидат технических наук, доцент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
postgraduate student and assistant of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering, RUDN University; Lecturer, Department of Civil Engineering, Arba Minch University
аспирант, ассистент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия, Российский университет дружбы народов
master student of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
магистрант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
PhD, Professor, Deputy director of School of Infrastructure Engineering
кандидат технических наук, профессор, заместитель директора школы инженерной инфраструктуры
PhD, Distinguished research fellow, School of Infrastructure Engineering
кандидат технических наук, заслуженный научный сотрудник школы инженерной инфраструктуры
Reinforced concrete frame systems are widely used in multi-storey residential and public buildings due to their structural efficiency, durability, fire resistance, and architectural flexibility. However, increasing building height, longer spans, complex planning solutions, and stricter serviceability requirements make structural behavior increasingly sensitive to cracking, stiffness degradation and second-order effects, and a purely linear analysis may no longer adequately describe the real behavior of the system. This study presents a comparative analysis of linear and nonlinear calculations of an RC multi-storey frame. Three parametric models with heights of 36 m, 75 m, and 102 m (12, 25, and 34 storeys) with identical plan dimensions of 18×18 m were analyzed using LIRA-SAPR 2024 (Commercial License), Commercial License using five analysis variants: linear with initial stiffness, linear with code-recommended stiffness reduction, physically nonlinear, geometrically nonlinear and combined (physical + geometric) nonlinear. Structural response was evaluated in terms of internal forces, slab force redistribution, lateral displacements, and serviceability deflections. The results demonstrated that the influence of nonlinear effects increased with building height and structural flexibility. Physical nonlinearity associated with crack-induced stiffness degradation was identified as the dominant source of variation between linear and nonlinear analyses, while geometric nonlinearity became increasingly significant when combined with second-order (P-Δ) effects. Combined nonlinear analysis produced substantial redistribution of internal forces, with support slab moments decreasing by 33-89% and significant changes observed in column forces and lateral displacements. The findings highlight the importance of accounting for both material and geometric nonlinearities in the analysis of medium- and high-rise RC frame-core buildings and provide practical recommendations regarding the selection of appropriate analysis methods for structural design.
Железобетонные каркасные системы широко применяются в многоэтажных жилых и общественных зданиях благодаря своей конструктивной эффективности, долговечности, огнестойкости и архитектурной гибкости. Однако увеличение высоты зданий, пролетов, усложнение объемно-планировочных решений и повышение требований по эксплуатационной пригодности все в большей степени повышают восприимчивость конструкций к трещинообразованию, снижению жесткости и эффектам второго порядка, вследствие чего линейный расчет не всегда способен достаточно точно описать их реальную работу. Авторами выполнен сравнительный анализ линейных и нелинейных расчетов многоэтажного железобетонного каркаса. Рассмотрены три параметрические модели высотой 36, 75 и 102 м (12, 25 и 34 этажа соответственно) с одинаковыми размерами плана 18×18 м. Расчеты выполнены в программном комплексе LIRA-SAPR 2024 (Commercial License) с использованием пяти расчетных схем: линейный расчет с начальной жесткостью, линейный расчет с нормативным снижением жесткости, физически нелинейный расчет, геометрически нелинейный расчет и комбинированный нелинейный расчет, учитывающий одновременно физическую и геометрическую нелинейность. Оценка работы конструкций выполнялась по внутренним усилиям, перераспределению усилий в плитах перекрытий, горизонтальным перемещениям и прогибам по предельным состояниям второй группы. Результаты показали, что влияние нелинейных эффектов возрастает с увеличением высоты здания и его гибкости. Установлено, что физическая нелинейность, связанная с трещинообразованием и снижением жесткости, является основным источником различий между линейными и нелинейными расчетами, тогда как влияние геометрической нелинейности существенно возрастает при совместном учете эффектов второго порядка (P-Δ). Комбинированный нелинейный расчет приводит к значительному перераспределению внутренних усилий, при котором опорные моменты в плитах перекрытий уменьшаются на 33-89 %, а также наблюдаются существенные изменения усилий в колоннах и горизонтальных перемещений здания. Полученные результаты подтверждают необходимость учета как физической, так и геометрической нелинейности при анализе железобетонных каркасно-стеновых зданий средней и большой этажности и позволяют сформулировать практические рекомендации по выбору расчетных подходов при проектировании.