Сейсмоизоляция модульных железобетонных зданий

Цель исследования. Целью данного исследования является разработка конструктивного решения, обеспечивающего сейсмостойкость модульного здания в районе с сейсмичностью 9 баллов по шкале MSK-64. Методы. В исследовании используется конечно-элементная расчетная модель здания со ствольно-модульной конструктивной системой с железобетонными модулями. Для анализа применяются численные методы с использованием конечно-элементной модели в ANSYS, SCAD. В комплексе SCAD создана единая расчётная модель всего здания, включающая монолитную часть, модульную часть и соединения между модулями. Межмодульные соединения моделировались специальными элементами с конечной жёсткостью. Жесткость межмодульных соединений была определена с помощью конечно-элементной модели из объёмных элементов в комплексе ANSYS, по этой же модели анализировались напряжения в соединениях. Учитывались все нагрузки нормальной эксплуатации здания, а также сейсмическая нагрузка по действующим нормам РФ для г. Владикавказ. Рассматривалось линейное упругое поведение материала конструкций. В ходе расчётов исследуются интенсивность армирования в несущих конструкциях здания, распределение напряжений в самом нагруженном межмодульном соединении.

Результаты. Результаты расчётов показывают, что применение сейсмоизоляции значительно уменьшает влияние сейсмического воздействия на здание, снижая интенсивность армирования до 55% (более чем в 2 раза) в монолитной части и до 60% – в модульной части по сравнению с аналогичным зданием без системы сейсмоизоляции. Так же была предложена конструкция усиленного межмодульного соединения, использование которой обеспечивает выполнение условий прочности при сейсмическом воздействии.  Заключение. Исследование качественно показало, что использование системы сейсмоизоляции позволяет достичь необходимого уровня сейсмостойкости модульных железобетонных зданий без изменения типовых конструктивных решений модулей. Данное исследование имеет важную практическую пользу, которая заключается в подготовке расчётной базы для строительства зданий из железобетонных модулей в сейсмоактивных районах. На следующих этапах исследования необходимо учесть возможность работы межмодульных соединений за пределами упругости, а также учесть существенно нелинейное поведение слайдерных сейсмоизоляторов для получения более корректной количественной оценки результатов сейсмических расчётов сейсмоизолированного модульного здания.

1. Bin Zhao, Di Wu, Huiqing Zhu. New modular precast composite shear wall structural system and experimental study on its seismic performance // Engineering Structures. August 2022. Vol. 264, P. 114381.

2. Seismic performance and design of precast concrete building structures: an overview / R. K. Khare, M. M. Maniyar, S.R. Uma, V. B. Bidwai // Journal of Structural Engineering. 2011. Vol. 38, no. 3. P.272-284.

3. Experimental and numerical investigations of bolted assembled joints to concrete encased CFST columns with different connection details / Lei Guo, Jingfeng Wang, Wanqian Wang, Zhihan Hu // Journal of Constructional Steel Research. 2023. Vol. 201. P. 107739.

4. Seismic resilience design of prefabricated modular pressurized buildings / Zhiwu Ye, Haifeng Bu, Zhimao Liu, Deng Lu, Dong Min, Hongbo Shan // Resilient Cities and Structures. 2025. Vol. 4, is. 1. P. 53-70.

5. Chen Wang, Peifeng Tian, Tak-Ming Chan. Seismic behavior of modular buildings with reinforced concrete (RC) structural walls as seismic force resisting system // Engineering Structures. 2024. Vol. 315. P. 118378.

6. Sheng Li, Nelson Lam, Hing-Ho Tsang. Lateral stability design and modelling of high-rise fully modular buildings with superelastic tendon restrained rocking isolation // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 99. Р. 111589.

7. Collapse Behavior and Resistance Mechanisms of Steel Modular Buildings with Corrugated Walls: Experimental, Numerical, and Analytical Insights / Jing-Zhou Zhang, Xiao Lin, Wen-Jin Zhang, Zhi-Wei Yu // Thin-Walled Structures. 2025. 113157.

8. Enhancing seismic resilience in modular steel building through three-dimensional isolation / Ze Mo, BingLin Lai, Ganping Shu, T.Y. Yang, Carlos E. Ventura, J.Y. Richard Liew // Engineering Structures. 2025. Vol. 323, part A. Р. 119269.

9. Experimental study on the seismic performance of two-storey UHPC modular building structure / Qing-Feng He, Jun-Ming Zou, Chen-Feng Zhang, Yi Zhong, Jin-Shi Li, Wei- Jian Yi // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 97. Р. 110966

10. Скляров С.Н., Овчинников И.И. Оценка состояния нормативной документации по расчету на землетрясения // Инженерные исследования. 2024. №4(19). С. 39-47. EDN: VTQTGU

11. Крыжановский В.В. Модульные здания в современном строительстве // Инженерные исследования. 2023. №1 (11). С. 31-37. EDN: PQCATC

12. Richard Liew a J.Y., Chua Y.S.. Innovative modular systems for high-rise buildings // Engineering Structures. 2025. Vol. 323, part A. Р. 119270.

13. Сауков Д. А., Гинзберг Л. А. Современное модульное строительство // SAFETY2018. Екатеринбург, 2018.

14. Chao Hou, Qi Qi, Jiahao Peng. Performance of inter-module connection with a pegged tenon for composite modular buildings with CFST columns // Engineering Structures. 2025. Vol. 329. Р. 119824.

15. Seismic behavior of high-rise modular buildings with simplified models of intermodule connections / Feng-Wei Shi, Yang Ding, Liang Zong, Wei Pan, Yan Duan, Tian-Yao Ping // Journal of Constructional Steel Research. 2024. Vol. 221. P. 108867.

16. Design and experimental study on seismic performance of RC modular superimposed shear walls with novel inter-module connection / Jiulin Bai, Biao Yang, Bin Xie, Jingwei Yang // Engineering Structures. 2025. Vol. 324. P. 119356.

17. Machine learning based multi-objective optimization on shear behavior of the intermodule connection / En-Feng Deng, You-Peng Du, Xun Zhang, Jun-Yi Lian, Zhe Zhang, Jun-Feng Zhang // Thin-Walled Structures. 2024. Vol. 205, part C. P. 112596.

18. Experimental study on seismic performance of new concrete modular structures with tie-rod inter-module connections / Hao Chen, Chao Yang, Haiyang Wang, Chao Li, Cong Li, Jinping Ou // Structures. 2025. Vol. 71. P. 107983.

19. Zhen Wang, Wei Pan, Yang Zhang. Parametric study on module wall-core system of concrete modular high-rises considering the influence of vertical inter-module connections. Engineering Structures. 2021. Vol. 241. P. 112436.

20. Experimental and numerical investigation of bolt-free preloaded connection for steel-framed modular buildings / Keunwoo Lee, Bong-Ho Cho, Kim J.R. Rasmussen, Dami Jung // Journal of Constructional Steel Research. 2024. Vol. 220. P. 108827.

21. Comparative cradle to end-of-use embodied carbon analysis of high-rise concrete buildings using volumetric modular and panelized construction / Xiaohan Wu, Geoffrey Qiping Shen, Yue Teng, Rui Jiang // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 100. P. 111736.

22. Yang Zhang, Siwei Chen, Wei Pan. Systematic initial embodied carbon assessment of concrete modular high-rise residential buildings: A case in Hong Kong. Building and Environment. 2024. Vol. 265. P. 111917.

23. Comprehensive evaluation of flat pack modular building systems: Design, structural performance, and operational efficiency / Heshachanaa Rajanayagam, Valentina Beatini, Keerthan Poologanathan, Brabha Nagaratnam // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 95. P. 110099.

24. Huu-Tai Thai, Tuan Ngo, Brian Uy. A review on modular construction for high-rise buildings. Structures. 2020. Vol. 28. P. 1265-1290.

25. Vincent J.L. Gan. BIM-based graph data model for automatic generative design of modular buildings // Automation in Construction. 2022. Vol. 134. P. 104062.