mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2026.1.44-53mgssuvest-840Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresНаучные основы определения несущей способности трубобетонных колонн с учетом предельно допустимой деформацииScientific basis for determining the load-bearing capacity of pipe-concrete columns, taking into account the maximum permissible deformationhttps://orcid.org/0000-0002-9084-4105РимшинВ. И.RimshinV. I.

Владимир Иванович Римшин — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры жилищно-коммунального хозяйства, советник РААСН;  заведующий лабораторией мониторинга жилищно-коммунального хозяйства и радиационной безопасности в строительстве

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; 127238, г. Москва, Локомотивный проезд, д. 21

РИНЦ AuthorID: 420903, Scopus: 56258934600, ResearcherID: P-4928-2015

Vladimir I. Rimshin — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Housing and Public Utilities, Advisor to the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences; Chief Researcher of the Laboratory for Monitoring Housing and Public Utilities and Radiation Safety in Construction; Head of the Laboratory Monitoring of Housing and Communal Services and Radiation Safety in Construction

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337; 21 Lokomotivny proezd, Moscow, 127238

RSCI AuthorID: 420903, Scopus: 56258934600, ResearcherID: P-4928-2015

v.rimshin@niisf.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5851-152XКришанА. Л.KrishanA. L.

Анатолий Леонидович Кришан — главный научный сотрудник лаборатории мониторинга жилищно-коммунального хозяйства и радиационной безопасности в строительстве; доктор технических наук, профессор, профессор кафедры проектирования и строительства зданий, советник РААСН

127238, г. Москва, Локомотивный проезд, д. 21;455000, г. Магнитогорск, ул. Ленина, д. 38

РИНЦ AuthorID: 535561, Scopus: 56200412900, ResearcherID: AAY-2235-2020

Anatoly L. Krishan — Chief Researcher of the Laboratory for Monitoring Housing and Public Utilities and Radiation Safety in Construction; Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Design and Construction of Buildings, Advisor to the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences

21 Lokomotivny proezd, Moscow, 127238; 38 Lenin st., Magnitogorsk, 455000

RSCI AuthorID: 535561, Scopus: 56200412900, ResearcherID: AAY-2235-202

kris_al@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1354-0324АстафьеваМ. А.AstafievaM. A.

Мария Анатольевна Астафьева — старший научный сотрудник лаборатории мониторинга жилищно-коммунального хозяйства и радиационной безопасности в строительстве; кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры проектирования и строительства зданий

127238, г. Москва, Локомотивный проезд, д. 21;455000, г. Магнитогорск, ул. Ленина, д. 38

РИНЦ AuthorID: 880101, Scopus: 57204739579, ResearcherID: ABA-4430-2021

Maria A. Astafieva — Senior Researcher of the Laboratory Monitoring of Housing and Communal Services and Radiation Safety in Construction; Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Design and Construction of Buildings 

21 Lokomotivny proezd, Moscow, 127238;38 Lenin st., Magnitogorsk, 455000

RSCI AuthorID: 880101, Scopus: 57204739579, ResearcherID:ABA-4430-2021

skymanika@mail.ruЛихидькоМ. А.LikhidkoM. A.

Михаил Алексеевич Лихидько — аспирант кафедры проектирования и строительства зданий

455000, г. Магнитогорск, ул. Ленина, д. 38

РИНЦ AuthorID: 1038214

Mikhail A. Likhidko — postgraduate student of the Department of Design and Construction of Buildings

38 Lenin st., Magnitogorsk, 455000

RSCI AuthorID: 1038214

likhidkom@yandex.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); Scientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences (NIISF RAASN)Russian FederationНаучно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН); Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ им. Г.И. Носова)РоссияScientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Archi-tecture and Building Sciences (NIISF RAASN); Magnitogorsk State Technical University named after G.I. NosovRussian FederationНаучно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН); Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ им. Г.И. Носова)РоссияScientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences (NIISF RAASN); Magnitogorsk State Technical University named after G.I. NosovRussian FederationМагнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ им. Г.И. Носова)РоссияMagnitogorsk State Technical University named after G.I. NosovRussian Federation2026300120262114453Copyright © Римшин В.И., Кришан А.Л., Астафьева М.А., Лихидько М.А., 20262026Римшин В.И., Кришан А.Л., Астафьева М.А., Лихидько М.А.Rimshin V.I., Krishan A.L., Astafieva M.A., Likhidko M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/840Введение

Введение. Сжатые трубобетонные элементы заняли достойное место в мировой практике строительства. В России также начал проявляться повышенный интерес к практическому применению трубобетонных колонн (ТБК), особенно при проектировании высотных зданий. Данные конструкции обладают такими ценными качествами, как высокая прочность и пластический характер разрушения, обусловленный большими осевыми деформациями в предельном состоянии. В действующих нормативных документах по проектированию ТБК в России, а также за рубежом содержатся только указания по расчету их прочности на основании метода предельных усилий, а в таком расчете деформативные свойства конструкций не учитываются. Несущую способность необходимо определять не только с учетом ее прочности, но и с возможной необходимостью ограничения осевой деформации. Решению этой задачи на примере центрально сжатых элементов посвящено данное исследование.

Материалы и методы

Материалы и методы. Рассмотрен расчет прочности коротких ТБК в условиях центрального сжатия по методу предельных усилий. Известно, что осевые деформации трубобетонных колонн могут достигать слишком больших величин, неприемлемых для эксплуатационной пригодности несущего каркаса. Расчет производится с возможностью ограничения предельных осевых деформаций заранее определенной величиной.

Результаты

Результаты. Получена формула для установления осевых деформаций колонн в предельном состоянии по прочности, которые принимаются равными деформациям бетонного ядра при максимальных напряжениях. Проверка точности этой формулы выполнена по результатам сопоставлений вычисленных значений деформаций с опубликованными экспериментальными данными.

Выводы

Выводы. Полученные зависимости позволяют оценить деформативность рассчитываемой конструкции и расширяют область применения метода предельных усилий на трубобетонные элементы, в которых предельно допустимая деформация не превышает 25 % от деформации бетонного ядра при максимальном напряжении.

Introduction

Introduction. Compressed concrete tube elements have already earned a well-deserved place in global construction practice. In Russia, there has also been increased interest in the practical application of concrete tube columns (CTC), particularly in the design of high-rise buildings. These structures possess valuable qualities such as high strength and ductile failure due to large axial deformations in the ultimate limit state. Current design regulations for CTC in Russia, as well as internationally, only contain instructions for calculating their strength using the ultimate limit method, and this calculation does not take into account the deformation properties of the structure. Bearing capacity must be determined not only by considering its strength but also the possible need to limit axial deformation. This paper addresses this issue using centrally compressed elements as an example.

Materials and methods

Materials and methods. The strength calculation of short concrete tube columns under central compression using the ultimate limit method is considered. It is known that axial deformations of reinforced concrete columns can reach values that are unacceptable for the serviceability of the supporting framework. The calculation is performed with the option of limiting the ultimate axial deformations to a predetermined value.

Results

Results. A formula was derived for determining the axial deformations of columns in the ultimate limit state, which are assumed to be equal to the deformations of the concrete core under maximum stress. The accuracy of this formula was verified by comparing the calculated deformation values with published experimental data.

Conclusions

Conclusions. The obtained relationships allow us to estimate the deformability of the calculated structure and expand the scope of application of the ultimate stress method to reinforced concrete elements in which the ultimate allowable deformation does not exceed 25 % of the concrete core deformation under maximum stress.

трубобетонная колоннацентральное сжатиепрочностьпредельно допустимая деформациядеформация ядра при максимальном напряженииметод предельных усилийосевые деформации конструкцииconcrete filled steel tube columnaxial compressionstrengthultimate allowable deformationcore deformation under maximum stressmethod of ultimate forcesaxial deformations of the structureReferencesBhure N. Steel Concrete Composite Construction : а Review // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2018. Vol. 6. Issue 11. Pp. 564–566. DOI: 10.22214/ijraset.2018.11089Bhure N. Steel Concrete Composite Construction : а Review. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2018; 6(11):564-566. DOI: 10.22214/ijraset.2018.11089Chen L., Fakharian P., Eidgahee D.R., Haji M., Arab A.M.A., Nouri Y. Axial compressive strength predictive models for recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns using ANN, GEP, and MLR // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 77. P. 107439. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.107439Chen L., Fakharian P., Eidgahee D.R., Haji M., Arab A.M.A., Nouri Y. Axial compressive strength predictive models for recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns using ANN, GEP, and MLR. Journal of Building Engineering. 2023; 77:107439. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.107439Hossain K.M.A., Chu K., Anwar M.S. Axial load behavior of ultrahigh strength concrete-filled steel tube columns of various geometric and reinforcement configurations // Infrastructures. 2021. Vol. 6. Issue 5. P. 66. DOI: 10.3390/infrastructures6050066Hossain K.M.A., Chu K., Anwar M.S. Axial load behavior of ultrahigh strength concrete-filled steel tube columns of various geometric and reinforcement configurations. Infrastructures. 2021; 6(5):66. DOI: 10.3390/infrastructures6050066Zhu J.Y., Chan T.M. Experimental investigation on octagonal concrete filled steel stub columns under uniaxial compression // Journal of Constructional Steel Research. 2018. Vol. 147. Pp. 457–467. DOI: 10.1016/j.jcsr.2018.04.030Zhu J.Y., Chan T.M. Experimental investigation on octagonal concrete filled steel stub columns under uniaxial compression. Journal of Constructional Steel Research. 2018; 147:457-467. DOI: 10.1016/j.jcsr.2018.04.030Ведерникова А.А. Совершенствование методики расчета трубобетонных элементов обратным численно-аналитическим методом и ее применение // Инженерный вестник Дона. 2023. № 11 (107). С. 437–449. EDN WFVKPH.Vedernikova A.A. Development and implementation of the concrete filled steel tube elements inverse numerical-analytical method. Engineering journal of Don. 2023; 11(107):437-449. EDN WFVKPH. (rus.).Хазов П.А., Помазов А.П. Экспериментальное исследование продольного и поперечного изгиба трубобетонных стержней // Жилищное строительство. 2023. № 12. С. 66–72. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-66-71. EDN ANFJDO.Khazov P.A., Pomazov A.P. Experimental study of longitudinal and transverse bending of pipe concrete rods. Housing Construction. 2023; 12:66-72. DOI: 10.31659/0044-4472-2023-12-66-71. EDN ANFJDO. (rus.).Xiamuxi A., Hasegawa A. A study on axial compressive behaviors of reinforced concrete filled tubular steel columns // Journal of Constructional Steel Research. 2012. Vol. 76. Pp. 144–154. DOI: 10.1016/j.jcsr.2012.03.023Xiamuxi A., Hasegawa A. A study on axial compressive behaviors of reinforced concrete filled tubular steel columns. Journal of Constructional Steel Research. 2012; 76:144-154. DOI: 10.1016/j.jcsr.2012.03.023Кришан А.Л., Римшин В.И., Астафьева М.А. Сжатые трубобетонные элементы. Теория и практика. М. : Издательство АСВ, 2020. 321 с.Krishan A.L., Rimshin V.I., Astafeva M.A. Compressed Pipe Concrete Elements. Theory and Practice. Moscow, ASV Publishing House, 2020; 321. (rus.).Liang Q.Q., Fragomeni S. Nonlinear analysis of circular concrete-filled steel tubular short columns under axial loading // Journal of Constructional Steel Research. 2009. Vol. 65. Issue 12. Pp. 2186–2196. DOI: 10.1016/j.jcsr.2009.06.015Liang Q.Q., Fragomeni S. Nonlinear analysis of circular concrete-filled steel tubular short columns under axial loading. Journal of Constructional Steel Research. 2009; 65(12):2186-2196. DOI: 10.1016/j.jcsr.2009.06.015Han L.H., Li W., Bjorhovde R. Developments and advanced applications of concrete-filled steel tubular (CFST) structures: Members // Journal of Constructional Steel Research. 2014. Vol. 100. Pp. 211–228. DOI: 10.1016/j.jcsr.2014.04.016Han L.H., Li W., Bjorhovde R. Developments and advanced applications of concrete-filled steel tubular (CFST) structures: Members. Journal of Constructional Steel Research. 2014; 100:211-228. DOI: 10.1016/j.jcsr.2014.04.016Кришан А.Л., Римшин В.И., Астафьева М.А., Лихидько М.А. Прочность центрально сжатых трубобетонных элементов // Вестник МГСУ. 2025. Т. 20. № 8. С. 1154–1164. DOI: 10.22227/1997-0935.2025.8.1154-1164. EDN WVLQYX.Krishan A.L., Rimshin V.I., Astafieva M.A., Likhidko M.A. Strength of centrally compressed concrete tube elements. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2025; 20(8):1154-1164. DOI: 10.22227/1997-0935.2025.8.1154-1164. EDN WVLQYX. (rus.).Mander J.B., Priestley M.J.N., Park R. Theoretical Stress‐Strain Model for Confined Concrete // Journal of Structural Engineering. 1988. Vol. 114. Issue 8. Pp. 1804–1826. DOI: 10.1061/(asce)0733-9445(1988)114:8(1804)Mander J.B., Priestley M.J.N., Park R. Theoretical Stress‐Strain Model for Confined Concrete. Journal of Structural Engineering. 1988; 114(8):1804-1826. DOI: 10.1061/(asce)0733-9445(1988)114:8(1804)Imran I., Pantazopoulou S.J. Experimental study of plain concrete under triaxial stress // ACI Materials Journal. 1996. Vol. 93. Issue 6. DOI: 10.14359/9865Imran I., Pantazopoulou S.J. Experimental study of plain concrete under triaxial stress. ACI Materials Journal. 1996; 93(6). DOI: 10.14359/9865Marques S.P.C., Marques D.C.D.S.C., da Silva L.J., Cavalcante M.A.A. Model for Analysis of Short Columns of Concrete Confined by Fiber-Reinforced Polymer // Journal of Composites for Construction. 2004. Vol. 8. Issue 4. Pp. 332–340. DOI: 10.1061/(asce)1090-0268(2004)8:4(332)Marques S.P.C., Marques D.C.D.S.C., da Silva L.J., Cavalcante M.A.A. Model for Analysis of Short Columns of Concrete Confined by Fiber-Reinforced Polymer. Journal of Composites for Construction. 2004; 8(4):332-340. DOI: 10.1061/(asce)1090-0268(2004)8:4(332)Ding F., Yu Z., Bai Y., Gong Y. Elasto-plastic analysis of circular concrete-filled steel tube stub columns // Journal of Constructional Steel Research. 2011. Vol. 67. Issue 10. Pp. 1567–1577. DOI: 10.1016/j.jcsr.2011.04.001Ding F., Yu Z., Bai Y., Gong Y. Elasto-plastic analysis of circular concrete-filled steel tube stub columns. Journal of Constructional Steel Research. 2011; 67(10):1567-1577. DOI: 10.1016/j.jcsr.2011.04.001Wang Y., Chen P., Liu C., Zhang Y. Size effect of circular concrete-filled steel tubular short columns subjected to axial compression // Thin-Walled Structures. 2017. Vol. 120. Pp. 397–407. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.010Wang Y., Chen P., Liu C., Zhang Y. Size effect of circular concrete-filled steel tubular short columns subjected to axial compression. Thin-Walled Structures. 2017; 120:397-407. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.010Nishiyama I., Morino S., Sakino K., Nakahara H. Summary of research on concrete-filled structural steel tube column system carried out under the US-JAPAN Cooperative Research Program on composite and hybrid structures. Japan, 2002. 176 p.Nishiyama I., Morino S., Sakino K., Nakahara H. Summary of research on concrete-filled structural steel tube column system carried out under the US-JAPAN Cooperative Research Program on composite and hybrid structures. Japan, 2002; 176.Patel V.I., Hassanein M.F., Thai H.T., Al Abadi H., Elchalakani M., Yai B. Ultra-high strength circular short CFST columns: Axisymmetric analysis, behaviour and design // Engineering Structures. 2019. Vol. 179. Pp. 268–283. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.10.081Patel V.I., Hassanein M.F., Thai H.T., Al Abadi H., Elchalakani M., Yai B. Ultra-high strength circular short CFST columns: Axisymmetric analysis, behaviour and design. Engineering Structures. 2019; 179:268-283. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.10.081Samarakkody D.I., Thambiratnam D.P., Chan T.H., Moragaspitiya P.H. Differential axial shortening and its effects in high rise buildings with composite concrete filled tube columns // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 143. Pp. 659–672. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.091Samarakkody D.I., Thambiratnam D.P., Chan T.H., Moragaspitiya P.H. Differential axial shortening and its effects in high rise buildings with composite concrete filled tube columns. Construction and Building Materials. 2017; 143:659-672. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.091Lai M.H., Ho J.C.M. A theoretical axial stress-strain model for circular concrete-filled-steel-tube colu-mns // Engineering Structures. 2016. Vol. 125. Pp. 124–143.DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.06.048Lai M.H., Ho J.C.M. A theoretical axial stress-strain model for circular concrete-filled-steel-tube columns. Engineering Structures. 2016; 125:124-143. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.06.048He L., Lin S., Jiang H. Confinement Effect of Concrete-Filled Steel Tube Columns with Infill Concrete of Different Strength Grades // Frontiers in Materials. 2019. Vol. 6. DOI: 10.3389/fmats.2019.00-071He L., Lin S., Jiang H. Confinement Effect of Concrete-Filled Steel Tube Columns with Infill Concrete of Different Strength Grades. Frontiers in Materials. 2019; 6. DOI: 10.3389/fmats.2019.00071Han L.H., Yao G.H., Zhao, X.L. Tests and calculations for hollow structural steel (HSS) stub columns filled with self-consolidating concrete (SCC) // Journal of Constructional Steel Research. 2005. Vol. 61. Issue 9. Pp. 1241–1269. DOI: 10.1016/j.jcsr.2005.01.004Han L.H., Yao G.H., Zhao, X.L. Tests and calculations for hollow structural steel (HSS) stub columns filled with self-consolidating concrete (SCC). Journal of Constructional Steel Research. 2005; 61(9):1241-1269. DOI: 10.1016/j.jcsr.2005.01.004Wang Y., Chen P., Liu C., Zhang Y. Size effect of circular concrete-filled steel tubular short columns subjected to axial compression // Thin-Walled Structures. 2017. Vol. 120. Pp. 397–407. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.010Wang Y., Chen P., Liu C., Zhang Y. Size effect of circular concrete-filled steel tubular short columns subjected to axial compression. Thin-Walled Structures. 2017; 120:397-407. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.010

The authors declare that there are no conflicts of interest present.