Influence of Outrigger Systems on the Spatial Rigidity of an Object of Parametric Architecture

Introduction. In the existing building industry standards and regulations there are currently put into effect the requirements for the spatial rigidity of buildings and structures. For fulfillment of the set requirements various design solutions are used: outrigger systems, edge beams, subrafter constructions etc. Currently the most common design solution for high-rise buildings is integration of the outrigger systems into a building frame.

Materials and methods. The evolution of forming the epicycloid cylindrical surface in the SAPPHIRE software was investigated. Based on the results of the study, the optimal form of a parametric architecture object was determined. Five versions of an object design solutions were developed. Modeling of the elaborated building frames was performed in the LIRA-SAPR software based on the slab-beam design model by the finite element method.

Results. The analysis of static and dynamic calculations results enables to choose the rational version of a parametric architecture object frame and to provide the necessary strength attributed with maximum possible lean consumption of the materials for the outrigger storey. In the course of experiment the efficiency of a building frame dynamic properties regulation is defined, the technical and economic indicators of the proposed versions and design solutions aimed at increasing the overall rigidity of the building are compared.

Discussion and conclusion. A comparative analysis of the dynamic properties regulation efficiency was carried out for each structural scheme. The most rational scheme for a high-rise building was selected, the one meeting the strength and rigidity requirements and proving to be the most material saving. In addition to the efficient dynamic properties regulation, the horizontal stiffening rings were implemented as a constructive solution to prevent and protect a high-rise building from progressing impact which accounts for complete or partial collapse of the building.

1. Хи, С. Ч. Проектирование аутригерных систем / С. Ч. Хи, Т. Тхорнтон, Х. Гоман, Х. К. Аруп, М. Невилл // Высотные здания. — 2013. — № 5. — С. 5–8.

2. Травуш, В. И. Работа высотных зданий с применением этажей жесткости (аутригеров) / В. И. Травуш, Д. В. Конин // Вестник ТГАСУ. — 2009. — № 2. — С. 77–91.

3. Панасюк, Л. Н. Эффективность конструктивных решений аутригерных этажей высотного здания / Л. Н. Панасюк, Г. М. Кравченко, Е. В. Труфанова, А. Г. Бойко // Строительство и архитектура. — 2019. — № 3 (24). — С. 26–29.

4. Кравченко, Г. М. Исследование собственных колебаний здания сложной параметрической формы / Г. М. Кравченко, Е. В. Труфанова, И. Ю. Данилейко, В. А. Думбай // Молодой исследователь Дона. — 2019. — № 6 (21).

5. Сорока, М. Д. Особенности оценки напряженно-деформированного состояния несущей системы 25-ти этажного монолитного здания / М. Д. Сорока // Естественные и инженерные науки. — 2014. — № 1.

6. Панасюк, Л. Н. О точности определения напряженно-деформированного состояния и конструктивных параметров в областях с особенностями / Л. Н. Панасюк, Г. М. Кравченко, Е. В. Труфанова // Науковедение. — 2013. — № 3.

7. Агаханов, Э. К. Расчет зданий сложной геометрической формы на ветровые воздействия / Э. К. Агаханов, Г. М. Кравченко, Е. В. Осадчий, Е. Ф. Труфанова // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2017. — № 2. — С. 8–17.

8. Кравченко, Г. М. Динамический расчет и анализ полусферической оболочки покрытия объекта «Зимний сад» Технопарка Ростовского государственного строительного университета (РГСУ) / Г. М. Кравченко, Е. В. Труфанова, С. В. Борисов, С. С. Костенко // Инженерный вестник Дона. — 2016. — № 1 — URL:https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3494.

9. Moon, K. S. Studies on various structural system design options for twisted tall buildings and their performances / K. S. Moon // Structural Design of Tall and Special Buildings. — 2014. — Vol. 23. Issue 5. — Pp. 319–333.

10. Daigoro, I. Progressive Collapse Analysis of Structures / I. Diagoro // Butterworth-Heinemann. — 2017. — P. 24.