Будівельні конструкції. Теорія і практика

Міцність зварних з'єднань арматури класу А500С при малоциклових повторних навантаженнях

Юлій Клімов — 2026-05-28

Протягом останніх вже понад 25 років арматура класу А500С є найбільш широко використовуваною в залізобетонних конструкціях. Процес впровадження арматури класу А500С супроводжувався численними дослідженнями її механічних характеристик, зчеплення з бетоном, зварюваності та поведінки при повторних навантаженнях. Зокрема, отримано дані про діаграму стану, забезпеченість нормованих показників механічних характеристик, таких як межа текучості, опір розриву, відносне подовження при розриві, зчеплення з бетоном арматури з серпоподібним профілем, теплову зварюваність та міцність стикових і хрестоподібних зварних з'єднань. Водночас міцність як самої арматури класу А500С, так і її зварних з'єднань при малоциклових і багаторазово повторюваних навантаженнях залишається малодослідженою.
У роботі наведено результати експериментальних досліджень найбільш широко застосовуваних на практиці типів зварних з'єднань арматури класу А500С – стикового з'єднання контактним зварюванням типу С1-Ко та хрестоподібного з'єднання контактним зварюванням К1-Кт при малоциклових повторних навантаженнях.
Проведені дослідження включали випробування зразків арматури 20А500С зі сталі марки Ст3Гпс та 25А500С зі сталі марки 25Г2С у стані поставки, їх стикових зварних з'єднань С1-Ко на міцність при розтягуванні та хрестоподібних з'єднань К1-Кт з арматурою 10А500С і 12А500С на розм'якшення зварюванням при монотонно зростаючих і малоциклових повторних навантаженнях. Максимальні напруження циклу приймаються рівними 0,8σ_y, що становило 400 Н/мм2 , мінімальні напруження циклу — 80 Н/мм2. Розмах напружень і коефіцієнт асиметрії циклу при цьому відповідно становили ∆σ =320Н/мм² (МПа) і ρ=0,2. Кількість циклів повторних навантажень приймалася рівною 50, після яких зразки доводилися до руйнування монотонно зростаючим навантаженням.
Встановлено, що руйнування зварного з'єднання типу С1-Ко при монотонно зростаючому та малоцикловому повторному навантаженні відбувається в зоні термічного впливу. Під час випробувань монотонно зростаючим навантаженням міцність на розтяг зварного з'єднання С1-Ко для арматури 20А500С становила 0,88–0,92, а для арматури 25А500С зі сталі марки 25Г2С – 0,89–0,90 міцності арматури у вихідному стані.
Руйнування зварного з'єднання типу К1-Кт при монотонно зростаючому навантаженні відбувалося по основному металу (табл. 8), а при малоциклових повторних навантаженнях — по основному металу або в зоні термічного впливу (табл. 9). Розміцнення зварюванням арматури класу А500С - 20А500С і 25А500С у зварному з'єднанні типу К1-Кт з арматурою, відповідно, 10А500С та 12А500С при монотонно зростаючому навантаженні не перевищувало 1..2% і знаходилося в межах похибки випробувань.
За результатами проведених випробувань малоциклове повторне навантаження не мало стійкого впливу на міцність зварних з'єднань С1-Кт і К1-Кт арматури 20 А500С та 25 А500С, розміцнення порівняно з випробуваннями монотонно зростаючим навантаженням не перевищувало 1…2%, перебувало в межах точності випробувань, як і при випробуваннях арматури в вихідному стані.

Оцінка впливу геометричних параметрів на несучу здатність сталевих резервуарів, виготовлених із високоміцних сталей

Євгеній Єгоров — 2026-05-28

Сталеві вертикальні наземні резервуари широко застосовуються в хімічній, нафтовій та газовій промисловості як ємності для зберігання рідких продуктів і газів.

З точки зору розрахунку вертикальних резервуарів, можна зазначити, що під час експлуатації циліндрична стінка може перебувати у двох діаметрально протилежних розра-хункових ситуаціях: у заповненому стані всі шари циліндричної стінки знаходяться в стані розтягнення від тиску продукту та дії внутрішнього надлишкового тиску, тоді як у порожньому стані – всі шари стискаються як у меридіональному, так і в окружному напрямках відповідними навантаженнями. При проєктуванні сталевих резервуарів товщина поясів циліндричної стінки визначається, перш за все, з умови забезпечення міцності, після чого уточнюється з урахуванням вимог стійкості конструкції. Це становить суть проблем, пов'язаних з ефективним використанням високоміцних сталей для вертикаль-них резервуарів: застосування високоміцних сталей дозволяє зменшити товщину поясів циліндричної стінки, але це можливе змен-шення обмежене умовами стійкості. Ефективного вирішення цієї проблеми можна досяг-ти шляхом варіювання геометричних параметрів резервуара, що за одних і тих же зовнішніх навантажень дасть змогу регулювати рівень внутрішніх напружень і критичних навантажень резервуара.

У статті досліджується вплив товщини циліндричної стінки та геометричних параметрів резервуарів різної місткості на напружено-деформований стан і критичні параметри стійкості. Встановлено, що визначення мінімально допустимої товщини стінки за умовами стійкості є більш жорстким, ніж за умовами міцності. При цьому забезпечення міцності нижніх поясів циліндричної стінки для резервуарів середньої та великої місткості можливе лише за рахунок застосування сталей високої міцності. Водночас ефективність їх використання обмежується вимогами стійкості

Розрахунок та конструювання залізобетонних елементів на крутіння: нормативні підходи та практичні особливості

Леонід Скорук — 2026-05-28

У статті розглянуто сучасні нормативні та практичні підходи до розрахунку і конструювання залізобетонних елементів на крутіння відповідно до вимог ДБН В.2.6-98:2009 та ДСТУ Б В.2.6-156:2010. Висвітлено фізичну природу крутіння як складного просторового напружено-деформованого стану, що супроводжується виникненням головних розтягувальних і стискальних напружень, орієнтованих під кутом до поздовжньої осі елемента. Проаналізовано особливості роботи залізобетону при дії крутних моментів, механізм утворення просторових похилих тріщин та причини зниження несучої здатності елементів у порівнянні з роботою на згин. Показано, що крутіння у більшості випадків діє сумісно із згином та поперечною силою, що суттєво ускладнює розрахунок і вимагає врахування взаємодії внутрішніх зусиль.

У роботі наведено класифікацію крутіння на первинне (рівноважне) та вторинне (від сумісності деформацій), визначено принципові відмінності між ними та особливості врахування в інженерній практиці. Розглянуто випадки, коли розрахунок на крутіння є обов’язковим, а також ситуації, у яких допускається обмеження конструктивним армуванням без детальної перевірки несучої здатності.

Детально висвітлено деформаційну модель просторової ферми та концепцію еквівалентного тонкостінного замкненого перерізу, які лежать в основі сучасних нормативних методик розрахунку. Описано принцип визначення дотичних напружень у стінках еквівалентного перерізу, механізм роботи бетонних стиснутих розкосів та роль поперечної і поздовжньої арматури у сприйнятті розтягувальних зусиль. Наведено критерії перевірки граничних станів, зокрема умови недопущення роздавлювання бетонних розкосів, а також особливості вибору кута нахилу стиснутих елементів просторової ферми.

У статті проаналізовано сумісну дію крутіння, поперечної сили та згину, наведено умови суперпозиції внутрішніх зусиль і принципи сумарного визначення необхідної площі арматури. Окрему увагу приділено конструктивним вимогам до армування елементів, що працюють на крутіння, зокрема застосуванню замкнених хомутів, рівномірному розміщенню поздовжньої арматури по периметру перерізу та забезпеченню надійного анкерування арматурного каркаса. Розглянуто особливості роботи відкритих тонкостінних перерізів, для яких необхідно враховувати депланацію та додаткові нормальні напруження.

Отримані результати узагальнюють сучасні нормативні підходи до розрахунку залізобетонних елементів на крутіння та можуть бути використані при проєктуванні балок, ригелів, рамних і просторових конструкцій, у яких крутіння є визначальним або супутнім фактором напружено-деформованого стану.

Експериментальні дослідження залізобетонних балок з постнапруженими канатами

Дмитро Сморкалов — 2026-05-28

Сучасний стан значної частини будівельного фонду характеризується поступовим зниженням експлуатаційної надійності залізобетонних конструкцій, що обумовлено сукупною дією фізико-механічних, середовищних факторів а також в наслідок військових дій. Тривала експлуатація, вплив агресивних середовищ, перевищення розрахункових навантажень, а також помилки проєктування та воєнні дії призводять до розвитку дефектів і пошкоджень, які у ряді випадків переходять у стадію аварійного стану. Особливо критичним є порушення роботи балкових елементів, оскільки саме вони визначають жорсткісні та несучі характеристики конструктивної системи в цілому. За таких умов постає необхідність впровадження ефективних технічних рішень, спрямованих на відновлення несучої здатності.

У роботі розглянуто підхід до підсилення залізобетонних балок із застосуванням постнапружених канатів. На відміну від традиційних методів, що базуються на збільшенні перерізу або введенні додаткових елементів, запропонована технологія дозволяє реалізувати ефект попереднього стиску у розтягнутій зоні без суттєвого збільшення маси та габаритів конструкції, що є принципово важливим при роботі з існуючими та аварійними об’єктами.

Експериментальна частина дослідження побудована на порівняльному аналізі двох серій однопролітних балок:

контрольних зразків без підсилення, але з іншим методом виготовлення
оснащених системою постнапруження, які підсилюються різними методами.

При цьому підсилені балки включають як зразки, у яких конструктивні рішення передбачали можливість натягу на стадії виготовлення, так і елементи, підсилення яких виконувалося після набору міцності бетону шляхом улаштування отворів, монтажу анкерних пристроїв і подальшого замонолічування. Такий підхід дозволяє оцінити ефективність технології як для нових конструкцій, так і в умовах реконструкції існуючих елементів.

У процесі випробувань досліджено залежності між рівнем прикладеного навантаження та величинами переміщень, а також проаналізовано особливості розвитку тріщин і зміни жорсткості на різних стадіях роботи. Організація експерименту передбачала поетапне навантаження із безперервною фіксацією параметрів, що забезпечило можливість детального аналізу поведінки конструкцій.

Практична значущість дослідження поля-гає у використанні отриманих даних для вдо-сконалення розрахункових моделей та реко-мендацій щодо застосування постнапруже-них систем у реконструкції.

Аналітичні методи розрахунку конструкцій підземних захисних та фортифікаційних споруд

Денис Михайловський — 2026-05-28

Сучасна інженерна практика проєктування підземних оборонних та фортифікаційних споруд значною мірою базується на емпіричних та напіваналітичних підходах, що описують проникнення снарядів, локальні вибухові ефекти та реакцію конструкційних матеріалів на комбіноване ударне та вибухове навантаження.

Широко розповсюджені методи спираються на спрощених співвідношеннях для оцінки глибини проникнення як функції маси снарядів, швидкості, діаметра та кута удару, а також на коефіцієнтах, що залежать від матеріалу, які чинять опір проникненню. Додаткові моделі враховують утворення вибухових кратерів, ступінь пошкодження в межах бар'єру та мінімальні вимоги до товщини для запобігання відколюванню. Для підземних споруд особливе значення надається підходам, які представляють ґрунт як пружно-пластичне середовище, що дозволяє оцінити затухання вибухової хвилі з глибиною та перетворення ефектів вибуху в еквівалентні навантаження, що діють на заглиблені споруди. Однак ці методи часто фрагментовані, недостатньо уніфіковані та не повністю адаптовані до сучасних загроз, таких як боєприпаси, що доставляються БПЛА, та комбіновані сценарії удару та вибуху.

У статті систематизовано та уточнено ключові аналітичні залежності, що використовуються в сучасній практиці. Розглянуто вдосконалені вирази для глибини проникнення, включаючи фактори, що враховують геометрію снаряда та можливе відхилення траєкторії в межах шарів захисної споруди. У дослідженні сформульовано узгоджену процедуру оцінки локальних пошкоджень від концентрованих вибухів, включаючи глибину утворення кратера, товщину пошкодженої зони та умови для запобігання відколюванню. Крім того, розроблено аналітичний підхід для оцінки передачі тиску через ґрунтову засипку або насипи на основі законів затухання, тривалості навантаження та імпульсних характеристик. На цій основі запропоновано практичну послідовність розрахунків, що дозволяє визначати розрахункові навантаження та вибирати раціональні товщини захисних елементів для підземних споруд за комбінованого впливу удару та вибуху.

Аналіз недосконалого застосування матеріалів та систем підсилення при реконструкції будівель

Ірина Руднєва — 2026-05-28

Ефективність, надійність і довговічність заходів з підсилення будівельних конструкцій залежать не лише від обраних матеріалів і проєктних рішень, а й від якості їх реалізації на всіх етапах процесу реконструкції. Підсилення, як правило, виконується на існуючих конструкціях, які вже містять дефекти та пошкодження, накопичені протягом життєвого циклу, що істотно впливає на перерозподіл напружень, умови зчеплення та довготривалу експлуатаційну придатність. За таких умов навіть сучасні системи підсилення можуть демонструвати знижену ефективність у разі некоректного врахування проєктних припущень, технологічних вимог або впливу експлуатаційного середовища.

У статті проаналізовано типові випадки недосконалого застосування матеріалів і систем підсилення будівельних конструкцій, зокрема традиційних сталевих рішень, систем на основі фіброармованих полімерів (FRP), а також з’єднувальних та анкерних виробів. На основі узагальнення практики технічних обстежень, експериментальних досліджень і нормативно-методичних підходів, узгоджених із прин-ципами Єврокодів та стандартів ISO, система-тизовано технічні, технологічні та організаційні помилки, що виникають на етапах проєкту-вання, виконання та експлуатації. Особливу увагу приділено взаємозв’язку чинників недосконалого застосування з наявними дефектами та пошкодженнями конструкцій.

Запропоновано узагальнену класифікацію дефектів і пошкоджень як структуровану вхідну інформацію для оцінювання підсилення, що дозволяє аналізувати сценарії недоскона-лого застосування з урахуванням походження дефектів, їх локалізації, характеру розвитку та впливу на несучу здатність. Розроблено функціонально-структурну модель ризиків, яка формалізує взаємозв’язок між чинниками технічних помилок, характеристиками дефектів і пошкоджень та наслідками для експлуата-ційних показників конструкцій. Загальна ефективність підсилення інтерпретується як інтегральна функція накопичених ризиків, пов’язаних із вибором матеріалів, якістю виконання робіт та фактичним технічним станом існуючих конструкцій.

Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення процедур контролю якості, зниження технологічних та експлуатаційних ризиків, а також для підтримки ризик-орієнтованого прийняття рішень у процесі реконструкції. Запропо-нований підхід сприяє підвищенню надійності, стійкості та довготривалої ефективності підсилених конструкцій у межах життєво-циклової концепції.

Вплив зниження жорсткості пошкоджених конструкцій на основні динамічні характеристики залізобетонної житлової будівлі

Владислав Басанський — 2026-05-28

В статті розглянуті особливості впливу зниження жорсткості пошкоджених конструкцій на основні динамічні характеристики конструктивної системи на прикладі залізобетонної житлової будівлі для подальшої розробки рекомендацій з планування динамічного моніторингу технічного стану відповідних будівель.

Виконаний динамічний розрахунок будівлі зі зв’язковим монолітним залізобетонним каркасом з 10 надземними поверхами та стандартними архітектурно-планувальними та конструктивними для сейсмостійких будівель рішеннями. Враховуючи, що вплив пошкоджень окремих конструкцій (в т.ч. окремих ділянок стін) на динамічні характеристики будівлі в цілому є, як правило, незначним, для оцінки впливу ушкоджень на різних рівнях (поверхах) конструктивної системи їх розповсюдження приймалося для всіх стінових конструкцій (діафрагм) в межах одного поверху. Виявлено, що найбільша ефективність динамічного моніторингу методом «вільних коливань» для житлових і громадських будівель може бути досягнута при визначенні значних ділянок розвитку пошкоджень несучих конструкцій, що суттєво впливають на загальну жорсткість конструктивної системи, на нижніх висотних рівнях системи (основа та фундамент, нижні поверхи будівлі).

При цьому, за умови достатньої точності та розподільної здатності обладнання відносно енергії та амплітуди вільних коливань споруди, слід визначати параметри 2-ї форми коливань, яка може надати суттєво більший обсяг даних щодо розповсюдження та інтенсивності пошкоджень по висоті будівлі. З прикладної точки зору виділено наступні основні напрями широкого використання динамічного моніторингу методом «вільних коливань» для житлових і громадських будівель: для споруд, що піддаються динамічним навантаженням, які викликають пошкодження та деформації несучих конструкцій; виявлення суттєвих ослаблень великих ділянок системи «основа-фундамент»; оцінки впливу на несучі конструкції значних нерівномірних деформацій основи; в загальному випадку (незалежно від особливостей навантажень і впливів), для виявлення значних ділянок розвитку пошкоджень конструкцій, що суттєво впливають на загальну жорсткість конструктивної системи, на рівні нижніх поверхів.

Оцінка вогнестійкості фланцевого вузла сталевої ферми

Євген Цюпин — 2026-05-28

У статті розглянуто особливості чисельної оцінки вогнестійкості просторового вузла стикування трубчастих елементів із кільцевим фланцем і радіальними ребрами жорсткості. Актуальність дослідження зумовлена тим, що у сталевих конструкціях в умовах пожежі граничний стан часто визначається не загальною міцністю основного перерізу, а локальною роботою вузлів, де відбувається складна взаємодія основного металу, зварних швів, болтів, контактних зон і ребер жорсткості. Саме вузли є найбільш чутливими до зниження фізико-механічних властивостей матеріалу при нагріванні, оскільки в них концентруються напруження, змінюється схема передавання зусиль і швидше проявляються локальні механізми руйнування. Метою роботи є встановлення впливу вогнезахисного шару на температурний режим і несучу здатність досліджуваного вузла при дії стандартної пожежі відповідно до вимоги класу вогнестійкості R60.

Дослідження виконано у два послідовні етапи. На першому етапі проведено пожежний розрахунок вузла без вогнезахисту з використанням таких вихідних параметрів: стандартна пожежна крива, коефіцієнт конвективного теплообміну α_c = 25 W/m²K, коефіцієнт випромінювальної здатності поверхні сталі ε_m = 0,80 та коефіцієнт випромінювання пожежного середовища ε_f = 1,00. Розрахунок показав інтенсивне нагрівання елементів вузла до температур приблизно 935,86–942,88°C. Однак після введення контурного вогнезахисту з такими параметрами: товщина шару d_p = 30 мм, теплопровідність λ_p = 0,2 Вт/(м·K), питома теплоємність c_p = 1700 Дж/(кг·K) та густина ρ_p = 800 кг/м³, температура знизилася до діапазону 221,43–380,97°C.

Технологія відновлення конструкцій багатоквартирного панельного житлового будинку, пошкодженого внаслідок бойових дій

Дмитро Левківський — 2026-05-28

У статті розглянуто проблему відновлення несучих конструкцій багатоквартирних панельних житлових будівель, пошкоджених внаслідок бойових дій, на прикладі реального об’єкта. Проаналізовано характер пошкоджень конструктивних елементів, спричинених вибуховим впливом, зокрема зміщення та руйнування стінових панелей, втрату жорсткості стиків, пошкодження плит перекриття та порушення просторової роботи будівлі. Показано, що основною небезпекою є не лише локальні руйнування, а й втрата сумісної роботи елементів конструктивної системи.

Запропоновано поетапну технологію виконання протиаварійних та відновлювальних робіт в умовах часткової експлуатації будівлі, яка включає стабілізацію конструкцій за допомогою тимчасових підпірних систем, локальне підсилення плит перекриття, вирівнювання деформованих елементів, демонтаж аварійних конструкцій та впровадження нових конструктивних рішень із використанням сталевих каркасів і монолітних залізобетонних елементів. Особливу увагу приділено введенню «каркасу безпеки» як інструменту перерозподілу внутрішніх зусиль та відновлення просторової жорсткості пошкодженого об’єкта.

Встановлено, що ефективність відновлення визначається не лише прийнятими конструктивними рішеннями, але й організаційно-технологічними умовами виконання робіт, зокрема необхідністю забезпечення безпеки мешканців та персоналу при виконанні робіт без виведення будівлі з експлуатації. Обґрунтовано доцільність застосування BIM-технологій для моделювання пошкоджених конструкцій, координації рішень та оперативного внесення змін у проєктну документацію.

Отримані результати можуть бути використані для розроблення методичних підходів до відновлення пошкодженого житлового фонду та вдосконалення нормативної бази в умовах сучасних викликів.

Дослідження напружено-деформованого стану перекриттів виготовлених методом будівельного 3D-друку

Артем Сопільняк — 2026-05-28

У даній роботі наведено результати експериментальних досліджень конструкцій перекриття, виготовлених із застосуванням технології будівельного 3D-друку, з акцентом на особливостях їх створення та армування. Узагальнено сучасний стан розвитку технології будівельного 3D-друку, зокрема в частині матеріалів і напрямів наукових досліджень. Висвітлено основні наукові підходи у даній сфері, проаналізовано застосовувані матеріали та розглянуто існуючі концепції армування, що можуть бути використані при виготовленні конструкцій методом 3D-друку. Запропоновано конструкцію балкового елемента у вигляді плоскої ферми, що дозволяє підвищити ефективність використання матеріалу та зменшити його власну вагу.

Наведено опис технології виготовлення зразків за допомогою 3D-принтера портального типу з використанням бетонної суміші та традиційного армування сталевими стержнями, яке інтегрувалося в процес друку шляхом ручного укладання між шарами. Представлено методику та результати експериментальних випробувань із визначення несучої здатності зразків. Встановлено характерні стадії роботи конструкції, зокрема появу перших тріщин, їх розвиток та руйнування, а також зони їх локалізації.

Виявлено наявність резерву несучої здатності після початку тріщиноутворення і до повного руйнування конструкції та загальну стабільність експериментальних результатів.

Отримані результати підтверджують працездатність запропонованого конструктив-ного рішення та можливість застосування традиційних методів армування у конструкціях виконаних за допомогою адитивних технологій. Крім того, отримані дані можуть бути використані для подальших розрахунків конструкцій та прогнозування їх роботи при зміні вихідних параметрів. Робота має практичне значення для розвитку технологій будівельного 3D-друку та їх застосування у відновленні пошкоджених об’єктів внаслідок повномасштабної агресії російської федерації.

Обґрунтування вибору геометричних параметрів дослідних зразків клеєних дерев’яних балок, армованих поздовжньою арматурою

Орест Лисюк — 2026-05-28

Незважаючи на те, що дослідження поздовжнього армування дерев’яних балок тривають уже близько семи десятиліть, у провідних країнах світу досі відсутні базові нормативні документи, які б регламентували проєктування таких конструкцій. Однією з причин є відсутність уніфікованих методик випробувань, що унеможливлює формування порівнянної експериментальної бази.

У статті обґрунтовано вибір геометричних параметрів дослідних зразків клеєних дерев’яних балок, армованих поздовжньою арматурою, для випробувань на чотириточковий згин. Проведено порівняльний аналіз вимог європейських (EN 408), міжнародних (ISO 8375, ISO 13910) та американських (ASTM D198, ASTM D4761) стандартів випробувань дерев’яних балок на згин. За результатами пошуку у наукометричних базах даних Scopus, Web of Science та Google Scholar сформовано вибірку з 31 експериментального дослідження армованих балок, аналіз якої виявив значний розкид геометричних параметрів зразків: співвідношення прольоту до висоти від 7,7 до 25,0; відношення висоти до ширини від 1,0 до 4,29; висоти перерізу від 90 мм до 605,5 мм. Встановлено, що вибір параметрів не залежав від відсотка та методу армування і не демонструє тенденції до уніфікації з часом.

Граничні значення геометричних параметрів обґрунтовано аналітично за чотирма незалежними критеріями: забезпечення згинального характеру руйнування з урахуванням збільшеної несучої здатності армованого перерізу; мінімізація впливу зсувних деформацій на результати визначення модуля пружності; забезпечення статистичної репрезентативності з позицій масштабного фактора Вейбулла та мінімальної кількості ламелей; забезпечення стійкості балки з площини згину без додаткових бічних розкріплень. Показано, що поздовжнє армування підвищує ризик втрати стійкості з площини згину, оскільки несуча здатність на згин зростає значно сильніше за критичний момент втрати стійкості. Сформульовано рекомендації щодо геометричних параметрів дослідних зразків: для помірного та для високого рівня армування; висота перерізу ; кількість ламелей – не менше чотирьох.

Оцінка термонапруженого стану залізобетонної фундаментної плити

Наталія Костира — 2026-05-28

Частим явищем у будівельній практиці масивних бетонних конструкцій є утворення тріщин у процесі набору міцності. Головною причиною утворення цих тріщин є нерівномірний розподіл температур у масиві конструкції, що виникає головним чином через тепловиділення бетону в процесі екзотермічної реакції між водою та цементом.

Температурний вплив у першу чергу пов'язаний із добовими та сезонними змінами температури навколишнього середовища в процесі експлуатації будівлі чи споруди. Зовнішні температурні фактори можуть діяти і в поєднанні з певним (підвищеним) тепловим режимом та іншими зовнішніми факторами, що мають місце при експлуатації будівельного об’єкту.

Найбільш сприятливі умови функціонування для будівельних об'єктів складаються при стаціонарному температурному впливі на них, в умовах сталого режиму експлуатації, коли вони тривалий час перебувають у відносно незмінних температурних умовах.

На прикладі фундаментної плити показана різниця у напружено-деформованому стані при різному способі завдання температурного навантаження на конструкцію.

Запропоновані технологічні рішення щодо конструктивних заходів нівелювання впливу температурного навантаження на окремі конструкції будівлі (мінімізувати різницю між температурою оточуючого середовища та з’єднувальних елементів), наприклад, за рахунок кінцевого замонолічування деформаційних швів після зведення всього каркасу та стабілізації температури всіх конструкцій та середовища.

Розглянуті процеси тепловиділення у бетонних конструкціях, кінетику та стадійність даного процесу, залежність від мінералогічного складу цементу. Також проаналізовано температурний режим залізобетонних фундаментних плит та основні причини утворення тріщин в масивних залізобетонних конструкціях.

Необхідність використання ефективних методів оцінки термонапруженого стану залізобетонних фундаментних плит на ранній стадії твердіння бетону спонукає науковців до розробки методів аналізу напружено-деформованого стану залізобетонної фундаментної плити при дії на неї температурних навантажень у процесі набору міцності.

Каскадна фізико-інформована нейромережева сурогатна модель для багатовимірної симуляції сталевих балок в умовах пружно-пластичного деформування

Сергій Гетун — 2026-05-28

У сучасній будівельній механіці використання багаторазових оптимізаційних циклів для розрахункових схем просторових конструкцій вимагає значних обчислювальних ресурсів. Традиційний розрахунок методом скінченних елементів (МСЕ) забезпечує високу точність, проте є занадто повільним для ітеративної оптимізації, тоді як швидкі аналітичні розв’язки часто не володіють необхідною точністю, особливо за межами пружної роботи матеріалу. У цій роботі запропоновано сурогатну нейромережеву модель на основі фізико-інформованих нейронних мереж (PINN) для миттєвого передбачення деформацій та напружень у сталевих балках двотаврового перерізу. Модель враховує 33-вимірний параметричний простір, що включає геометрію, фізичні властивості матеріалів, 6-DOF навантаження на кінцях та розподілені навантаження. В основі лежить метод кінематичної декомпозиції та чотириетапна каскадна архітектура (Pre-Filter, Yield Classifier, Skeleton PINN та Flesh PINN). Завдяки використанню послідовності Халтона та механізму Active Learning для генерації бази даних (>50 000 зразків) з фільтрацією екстремумів за критерієм відносного прогину , модель демонструє високу інженерну точність: медіанна абсолютна похибка (MedAE) прогину становить 0,672 мм, при цьому максимальна похибка для переважної більшості складних нелінійних задач (80–90% вибірки) не перевищує 1,5 мм. Напруження передбачаються з медіанною похибкою 1,99 МПа. Використання механізмів оцінки невпевненості (Uncertainty Quantification) у режимі «Safe Mode» у комбінації з фізичними евристиками (контроль напружень за Мізесом) дозволяє мінімізувати частку нерозпізнаних критичних станів (False Negatives) до 0,9% забезпечуючи строго консервативну поведінку моделі при збереженні високої швидкості інференсу (на контрольній системі час обчислення склав мс), що на порядки перевершує швидкість традиційного МСЕ. Крім того, розроблений підхід дозволяє ефективно інтегрувати сурогатну модель у багаторазові цикли генеративного проєктування та топологічної оптимізації будівельних каркасів

Експериментальне дослідження фізико-механічних характеристик сталевих саморізів для дерев’яних конструкцій

Ігор Бакан — 2026-05-28

Однією з головних проблем, які в теперішній час виявляються важливими для проєктування конструкцій з деревини, є оцінка несучої здатності різних типів вузлових з’єднань. Для з’єднань на сталевих самонарізних гвинтах ця проблема пов’язується із зафіксованим емпірично небажаним ефектом – «відстрілювання» шляпки саморізу за умов різкого зниження температури. Для передбачення коректної роботи таких елементів необхідно знати їх основні механічні характеристики, які згідно чинних методик мають враховуватись при проєктуванні. Також це в подальшому відкриває перспективи для коректної оцінки рооти всього вузлового з’єднання під навантаженням.

Метою проведених експериментальних лабораторних досліджень є визначення та оцінка основних механічних характеристик сталей для саморізів. В якості бази випробувань прийнято вироби датської компанії ExpertFix. Проводились випробування саморізів 3 типорозмірів із номінальними діаметрами 4.2, 5.5 та 6.0 мм. Випробування проводились на універсальній розривній машині УГ20/2, обладнаною сертифікованою системою комп’ютерної фіксації результатів вимірювань.

За результатами досліджень були отримані діаграми роботи сталі самонарізних гвинтів в залежності від рівня деформацій та часу. Руйнування зразків відбувалось за крихкою схемою без утворення пластичної «шийки». Зафіксований рівень міцності коливається в межах від 800 до 1000 МПа, що характерно для високоміцних сталей. При цьому абсолютне видовження не перевищує 11 %, а відносне видовження – 45 %. Відповідно до чинних стандартів України такі сталі можуть бути умовно віднесені до сталей класу С620, проте з певними обмолвками. Розраховані значення згинального моменту пластичної деформації для розглядуваних діаметрів саморізів становлять 1015 кН·см, 2370 кН·см та 3231 кН·см, відповідно, що має використовуватись для оцінки несучої здатності.

В якості перспектив подальших досліджень слід вказати на необхідність розширення спектру досліджуваних типорозмірів саморізів та їх виробників, в тому числі й вітчизняних постачальників. Також передбачається розробка пропозицій щодо коригування методик експериментального визначення механічних характеристик сталевих кріпильних елеменів для конструкцій з деревини.

Порівняння надлишкового тиску на перекриття при вибуху на малих відстанях від його поверхні

Микита Біляєв — 2026-05-28

Стаття присвячена дослідженню надлишкового тиску, що діє на перекриття будівель у разі вибуху, який відбувається на малих відстанях від його поверхні. Актуальність роботи зумовлена тим, що чинні нормативні методики та розрахункові залежності, зокрема положення стандарту UFC 3-340-02 та формул М. А. Садовського, орієнтовані переважно на більші відстані від епіцентру вибуху й не враховують локальний характер навантаження, що виникає у випадку близького підриву. Це потенційно призводить до значних похибок при оцінюванні реального рівня вибухового впливу на елементи конструкцій.

Метою дослідження є побудова та апроксимація реалістичної залежності пікового надлишкового тиску від відстані до поверхні перекриття та маси вибухової речовини для вибухів на висоті до 2 м. Для досягнення цієї мети виконано серію числових експериментів із використанням програмного комплексу Ansys. Розрахункова модель представляє збірне сталезалізобетонне перекриття розміром 12×6 м по металевих балках з перфорованою стінкою, спочатку з урахуванням усіх конструктивних елементів, а в подальшому - у спрощеному вигляді з різною товщиною плити. Розглянуто вибухи тротилового еквіваленту масою 50, 75 та 100 кг на відстанях 0,5; 1,0; 1,5 і 2,0 м від поверхні.

Отримані результати показали, що нормативні методики суттєво завищують значення пікового тиску при малих відстанях: за UFC 3-340-02 - у 4–9 разів, за формулами М. А. Садовського - у 2–5 разів порівняно з числовим моделюванням. Виявлено істотний вплив жорсткості перекриття на величину тиску. Встановлено, що залежність тиску від відстані має виражений нелінійний характер, тоді як залежність від маси вибухової речовини є майже лінійною.

На основі отриманих даних запропоновано нові аналітичні залежності для оцінювання пікового надлишкового тиску, зокрема узагальнену формулу через параметр відносної відстані, адаптовану до малих дистанцій. Запропоновані вирази пройшли перевірку за серіями числових експериментів і можуть використовуватися для інженерної оцінки вибухового навантаження на перекриття при близьких підривах. Додатково проаналізовано характер руйнування конструкції та визначено основні напрями її підсилення: збільшення товщини плити та удосконалення анкерування сталевих балок з метою запобігання відриву.

Конструкційно-технологічні підходи до переробки залізобетону: інтеграція технологій проєктування, деконструкції та повторного використання

Ганна Шпакова — 2026-05-28

Перехід від лінійної до циркулярної економіки став визначальною парадигмою сучасної будівельної галузі, особливо в контексті використання залізобетону як одного з найпоширеніших конструкційних матеріалів у світі. У даному дослідженні розглядаються структурно-технологічні підходи до переробки залізобетону на основі інтеграції процесів проєктування, демонтажу та повторного використання. Будівельна галузь є одним із основних споживачів природних ресурсів і водночас значним джерелом утворення відходів, що обумовлює необхідність розробки комплексних стратегій замикання матеріальних потоків і зменшення екологічного навантаження.

Актуальність дослідження є особливо високою для України, де внаслідок воєнних руйнувань накопичено мільйони тонн будівельних відходів. Залізобетонний лом у цьому контексті виступає не лише як екологічна проблема, але і як важливий вторинний ресурс для післявоєнної відбудови. Ефективні стратегії переробки та повторного використання дозволяють суттєво зменшити потребу у первинних матеріалах, скоротити викиди парникових газів і прискорити відновлення інфраструктури.

Запропонований підхід базується на інтеграції ключових етапів життєвого циклу залізобетонних конструкцій, включаючи проєктування з урахуванням демонтажу, селективний демонтаж, відновлення матеріалів та їх повторне використання. Проєктні рішення, орієнтовані на подальше розбирання, дозволяють зберігати конструктивні елементи та підвищувати їх потенціал повторного застосування. Використання технологій селективного демонтажу, на відміну від традиційного знесення, забезпечує формування більш якісних матеріальних потоків і зменшення втрат ресурсів. Розвиток інфраструктури переробки визначається як критичний фактор, що забезпечує можливість перетворення бетонного лому у високоякісні вторинні заповнювачі або придатні до повторного використання конструктивні елементи.

Ключову роль у запропонованій системі відіграють цифрові технології, які поєднують усі етапи життєвого циклу матеріалів. Інформаційне моделювання будівель та цифрові паспорти матеріалів забезпечують простежуваність конструкцій, підвищують обґрунтованість управлінських рішень і дозволяють оцінювати екологічну та економічну ефективність. Ці інструменти формують єдине інформаційне середовище, що підвищує ефективність процесів переробки та повторного використання.

Окрему увагу приділено ролі нормативно-правових та економічних механізмів як необхідної умови реалізації циркулярних підходів. За відсутності відповідного правового регулювання, фінансових стимулів і ринкових механізмів навіть найсучасніші технологічні рішення не можуть бути ефективно впроваджені у широкому масштабі.

Отримані результати свідчать, що інтеграція процесів проєктування, демонтажу та повторного використання в межах структурно-технологічного підходу створює ефективну основу для переходу до циркулярного будівництва. Для України цей підхід є не лише відповіддю на глобальні виклики сталого розвитку, але й практичним інструментом трансформації будівельних відходів у стратегічний ресурс післявоєнної відбудови.

Огляд способів підсилення мурованих конструкцій високоміцними композитами

Максим Мельник — 2026-05-28

Актуальність цього дослідження зумовлена необхідністю збереження та продовження життєвого циклу великої кількості існуючих мурованих будівель. Це стосується як споруд цивільного призначення з цегляними стінами, так й історичних пам'яток архітектурної спадщини. Протягом тривалої експлуатації такі об'єкти зазнають руйнівного атмосферного впливу, що призводить до деградації цегли та розчину і зниження їхньої міцності. Крім того, серйозну небезпеку для їхньої просторової стійкості становлять сейсмічні навантаження, які викликають зсувні зусилля у несучих елементах. В останні роки в Україні багато будівель з мурованими конструкціями пошкоджено внаслідок масованих ракетних ударів, що супроводжуються потужними вибуховими навантаженнями та дією ударної хвилі. З огляду на це, обґрунтування дієвих методів зміцнення мурування є вкрай важливим інженерним завданням.

Основною метою роботи є огляд та аналіз конструктивних і технологічних підходів до підсилення мурованих конструкцій для вибору найефективніших рішень у подальших експериментальних та теоретичних дослідженнях. У статті розглядаються сучасні тенденції переходу від традиційних способів підсилення до використання новітніх композит-них матеріалів.

Проведено порівняльний аналіз різноманітних технологій посилення стін, колон, стовпів та балок. На основі опрацьованої літератури доведено, що використання класичних полімерів, армованих волокнами на основі епоксидних смол, має низку експлуатаційних недоліків. Органічні смоли унеможливлюють природний повітрообмін у стінах через вкрай низьку паропроникність, що провокує накопичення вологи та відшарування підсилюючого шару. Вони також є горючими і мають надмірну жорсткість, яка погано сумісна з податливими старими муруваннями.

Для вирішення цих проблем обґрунтовано доцільність застосування новітньої системи підсилення на основі мінеральних компонентів. Ця технологія передбачає заміну полімерних смол на високопластичний полімер-цементний розчин, у який вкладається армуюча сітка. Таке рішення кардинально змінює механіку роботи конструкції: замість небезпечного крихкого руйнування забезпечується контрольоване пластичне деформування завдяки рівномірному розподілу напружень. Доведено, що використання неорганічної основи гарантує відмінну сумісність з історичними матеріалами, має високу стійкість до вогню та дозволяє виконувати роботи навіть на вологих основах.