mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2026.4.495-511mgssuvest-962Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresРасчет плит перекрытий монолитных каркасов с комбинированным армированием на эксплуатационные нагрузки и устойчивость к прогрессирующему обрушениюDesign of floor slabs in monolithic frames with composite reinforcement for service loads and resistance to progressive collapsehttps://orcid.org/0000-0002-5238-1701АнтаковИ. А.AntakovI. A.

Игорь Андреевич Антаков — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры железобетонных и каменных конструкций

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 988840, Scopus: 6602878380, ResearcherID: M-5127-2018

Igor A. Antakov — Candidate of Technical Sciences, senior lector of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 988840, Scopus: 6602878380, ResearcherID: M-5127-2018

igor788@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8712-4134АнтаковА. Б.AntakovA. B.

Алексей Борисович Антаков — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 260835, Scopus: 57218822925

Alexey B. Antakov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 260835, Scopus: 57218822925

antakof@mail.ruГиздатуллинА. Р.GizdatullinA. R.

Антон Ринатович Гиздатуллин — кандидат технических наук, главный инженер

420015, г. Казань, ул. Жуковского, д. 9

Scopus: 57191525963

Anton R. Gizdatullin — Candidate of Technical Sciences, chief engineer

9 Zhukovskogo st., Kazan, 420015

Scopus: 57191525963

antonchiks@mail.ruКазанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian FederationКазанский Инженерный Проект (КазИнжПроект)РоссияKazan Engineering Project (KazInzhProject)Russian Federation202630042026214495511Copyright © Антаков И.А., Антаков А.Б., Гиздатуллин А.Р., 20262026Антаков И.А., Антаков А.Б., Гиздатуллин А.Р.Antakov I.A., Antakov A.B., Gizdatullin A.R.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/962Введение

Введение. На данный момент применение композитной полимерной арматуры в несущих конструкциях зданий в основном сводится к фундаментам, что обусловлено физико-механическими свойствами композитов. С целью расширения области применения композитной арматуры предлагается рассмотреть возможность использования ее в качестве верхнего армирования плит перекрытий монолитных каркасов, подлежащих расчету на устойчивость к прогрессирующему обрушению.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектом численного исследования принято 10-этажное здание с каркасно-стеновой (смешанной) конструктивной системой. Для сравнения рассматривалось два варианта армирования плит перекрытий — сетками в нижней и верхней зонах: 1 — нижнее и верхнее армирование из арматурных стержней класса А500 ГОСТ 34028–2016; 2 — нижнее армирование из арматурных стержней класса А500 ГОСТ 34028–2016, верхнее из стеклокомпозитной арматуры (АСК) по ГОСТ 31938–2022. Расчеты выполнялись на основное сочетание нагрузок и на устойчивость к прогрессирующему обрушению с использованием программного комплекса «ЛИРА» версия 10.12. В результате расчетов определялись необходимые площади армирования плиты перекрытия первого этажа.

Результаты

Результаты. Требуемая площадь армирования АСК при расчете на прогрессирующее обрушение в квазистатической постановке с величиной коэффициента динамичности Kдин = 1,444 превысила площадь при расчете на основное сочетание нагрузок на 7,46 %. При этом, если при расчете на основное сочетание нагрузок площадь верхнего армирования АСК превышала площадь стальной арматуры А500 на 39,35 %, то при расчете на прогрессирующее обрушение разница сократилась до 17,68 и 15,32 % соответственно для расчетов в квазистатической постановке с величинами коэффициента динамичности Kдин = 1,444 и Kдин = 2.

Выводы

Выводы. Полученные результаты показали, что предложенное комбинированное армирование плит перекрытий с учетом выполнения расчетов на устойчивость к прогрессирующему обрушению позволяет более эффективно использовать композитную арматуру.

Introduction

Introduction. At the moment, the use of fibre-reinforced polymer (FRP) reinforcement in load-bearing structures of buildings is mainly reduced to foundations. This is due to the physical and mechanical properties of fibre-reinforced polymer. To expand the field of application of composite reinforcement, it is proposed to use it as an upper reinforcement of slabs of monolithic concrete frames. The frame is designed to be resistant to progressive collapse.

Materials and methods

Materials and methods. The object of the numerical study is a 10-storey building with a frame-wall structural system. For comparison, two options for reinforcing floor slabs were considered — bar mat in the lower and upper zones: 1 — lower and upper reinforcement from reinforcing bars of class A500 of National State Standard 34028–2016; 2 — lower reinforcement made of reinforcing bars of class A500, upper reinforcement made of glass fibre-reinforced polymer (GFRP) of National State Standard 31938–2022. Calculations were performed for the main combination of loads and for resistance to progressive collapse. The software package LIRA version 10.12 was used. As a result of the calculations, the required reinforcement areas of the first-floor slab were determined.

Results

Results. The required reinforcement area of the GFRP when calculated for resistance to progressive collapse in a quasi-static formulation, with a dynamic factor of Kdyn = 1.444, exceeded the area when calculated for the main combination of loads by 7.46 %. The required area of the upper reinforcement of the ASK, calculated for the main combination of loads, exceeded the area of the A500 steel reinforcement by 39.35 %. When calculating for progressive collapse, the difference decreased to 17.68 and 15.32 %, respectively, for calculations in a quasi-static formulation with the values of the dynamic factors Kdyn = 1.444 and Kdyn = 2.

Conclusions

Conclusions. The proposed combined reinforcement of floor slabs, taking into account the calculations for resistance to progressive collapse, allows for more efficient use of FRP reinforcement.

прогрессирующее обрушениелокальный отказнеметаллическая арматуракомпозитная полимерная арматурабетонные конструкциистеклокомпозитная арматураprogressive collapselocal destructionnon-metallic reinforcementfibre-reinforced polymer reinforcementconcrete structuresglass fibre-reinforced polymer reinforcementReferencesBaša N., Vuković N.K., Ulićević M., Muhadinović M. Effects of internal force redistribution on the limit states of continuous beams with GFRP reinforcement // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. Issue 11. P. 3973. DOI: 10.3390/app10113973. EDN NUSXIC.Baša N., Vuković N.K., Ulićević M., Muhadinović M. Effects of internal force redistribution on the limit states of continuous beams with GFRP reinforcement. Applied Sciences. 2020; 10(11):3973. DOI: 10.3390/app10113973. EDN NUSXICJu M., Park Y., Park C. Cracking control comparison in the specifications of serviceability in cracking for FRP reinforced concrete beams // Composite Structures. 2017. Vol. 182. Pp. 674–684. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.016Ju M., Park Y., Park C. Cracking control comparison in the specifications of serviceability in cracking for FRP reinforced concrete beams. Composite Structures. 2017; 182:674-684. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.016Фабричная К.А. Оценка прочности комплексных перемычек из керамзитобетонных блоков // Вестник гражданских инженеров. 2023. № 6 (101). С. 31–42. DOI: 10.23968/1999-5571-2023-20-6-31-42. EDN BIMNIY.Fabrichnaya K.A. Strength assessment of complex intersections made of expanded clay concrete blocks. Bulletin of Civil Engineers. 2023; 6(101):31-42. DOI: 10.23968/1999-5571-2023-20-6-31-42. EDN BIMNIY. (rus.).Антаков И.А. Особенности работы изгибаемых элементов с композитной полимерной арматурой под нагрузкой // Жилищное строительство. 2018. № 5. С. 15–18. EDN XQKXFB.Antakov I.A. Features of behavior of flexural members with composite polymeric reinforcement under load. Housing Construction. 2018; 5:15-18. EDN XQKXFB. (rus.).Мирсаяпов И.Т., Лим В.А., Мирсаяпов А.И., Сулейманов А.М. Оценка эффективности применения высокомодульной полимерной композитной арматуры // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 3 (65). С. 145–153. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_145. EDN KGTHOV.Mirsayapov I.T., Lim V.A., Mirsayapov A.I., Suleymanov A.M. Evaluation of the effectiveness of the use of high-modulus polymer composite reinforcement. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2023; 3(65):145-153. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_145. EDN KGTHOV. (rus.).Мухамедиев Т.А., Зенин С.А., Кудяков К.Л. Исследование прочности внецентренно сжатых бетонных элементов, армированных композитной арматурой // Бетон и железобетон. 2024. № 2 (621). С. 13–19. DOI: 10.37538/0005-9889-2024-2(621)-13-19. EDN GRWDHG.Mukhamediev T.A., Zenin S.A., Kudyakov K.L. Research of strength of unaxial compressed concrete elements reinforced with FRP. Concrete and Reinforced Concrete. 2024; 2(621):13-19. DOI: 10.37538/0005-9889-2024-2(621)-13-19. EDN GRWDHG. (rus.).Меркулов С.И., Римшин В.И., Акимов Э.К. Огнестойкость бетонных конструкций с композитной стержневой арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 4. С. 50–55. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.04.50-55. EDN BYRGVY.Merkulov S.I., Rimshin V.I., Akimov E.K. Fire resistance of concrete structures with composite rod reinforcement. Industrial and Civil Engineering. 2019; 4:50-55. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.04.50-55. EDN BYRGVY. (rus.).Зиннуров Т.А., Кормильцев В.С. Теоретические исследования влияния температурного воздействия на работу различных видов арматуры в бетонных конструкциях // Автомобильные дороги и транспортная инфраструктура. 2023. № 4 (4). С. 5–13. EDN LGNGAZ.Zinnurov T.A., Kormiltsev V.S. Theoretical studies of the effect of temperature action on the operation of various types of reinforcement in concrete structures. Roads and Transport Infrastructure. 2023; 4(4):5-13. EDN LGNGAZ. (rus.).Мухамедиев Т.А., Кузеванов Д.В. К расчету по прочности изгибаемых конструкций из бетона с композитной полимерной арматурой // Строительная механика и расчет сооружений. 2016. № 4 (267). С. 18–22. EDN WHMCOH.Mukhamediev T.A., Kuzevanov D.V. On the calculation of the strength of bent structures made of concrete with composite reinforcement. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2016; 4(267):18-22. EDN WHMCOH. (rus.).Кудяков К.Л., Бучкин А.В. Особенности проектирования монолитных бетонных фундаментных плит с композитной полимерной арматурой // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 6. С. 892–905. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.6.892-905. EDN KIIJJC.Kudyakov K.L., Buchkin A.V. Design of monolithic concrete foundation slabs with FRP reinforcement. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2024; 19(6):892-905. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.6.892-905. EDN KIIJJC. (rus.).Мирсаяпов И.Т., Антаков И.А., Антаков А.Б. К расчету ширины раскрытия трещин изгибаемых бетонных элементов, армированных композитной полимерной арматурой // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 12. С. 1663–1672. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.12.1663-1672. EDN XABHJC.Mirsayapov I.T., Antakov I.A., Antakov A.B. The analysis of crack width in flexural concrete members reinforced with polymer composite bars. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(12):1663-1672. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.12.1663-1672. EDN XABHJC. (rus.).Колчунов В.И., Федорова Н.В., Савин С.Ю., Амелина М.А. Устойчивость внецентренно сжатых железобетонных элементов в особой расчетной ситуации // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2024. № 4 (9). С. 4–21. EDN IYDOIR.Kolchunov V.I., Fedorova N.V., Savin S.Yu., Amelina M.A. Stability of eccentrically compressed reinforced concrete elements in an accidental design situation. Construction, Buildings and Structures. 2024; 4(9):4-21. EDN IYDOIR. (rus.).Миронова Ю.В., Сулейманов А.М. Конструктивное решение стыка колонн с перекрытием в сборно-монолитном каркасе для повышения сопротивляемости прогрессирующему разрушению // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 3 (65). С. 135–144. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_135. EDN JNOUXR.Mironova Ju.V., Suleymanov A.M. Constructive solution of the joint of columns with the floor slab in a prefabricated-monolithic frame to increase resistance to progressive collapse. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2023; 3(65):135-144. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_135. EDN JNOUXR.(rus.).Миронова Ю.В., Люблинский В.А., Малонго Ж.М., Харитонов И.Ф. Напряженно-деформированное состояние петлевого стыка крупнопанельного здания при прогрессирующем обрушении // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2024. № 4 (70). С. 72–82. DOI: 10.48612/NewsKSUAE/70.7. EDN ECSCSH.Mironova Ju.V., Lyublinskiy V.A., Malongo J.M., Kharitonov I.F. Stress-strain state of the loop joint of a large-panel building with progressive collapse. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2024; 4(70):72-82. DOI: 10.48612/News-KSUAE/70.7. EDN ECSCSH. (rus.).Elkady N., Augusthus Nelson L., Weekes L., Makoond N., Buitrago M. Progressive collapse: Past, present, future and beyond // Structures. 2024. Vol. 62. P. 106131. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.106131. EDN FYLRWY.Elkady N., Augusthus Nelson L., Weekes L., Makoond N., Buitrago M. Progressive collapse: Past, present, future and beyond. Structures. 2024; 62:106131. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.106131. EDN FYLRWY.Kiakojouri F., De Biagi V., Chiaia B., Sheidaii M.R. Strengthening and retrofitting techniques to mitigate progressive collapse: A critical review and future research agenda // Engineering Structures. 2022. Vol. 262. P. 114274. DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114274. EDN NAXIZX.Kiakojouri F., De Biagi V., Chiaia B., Sheidaii M.R. Strengthening and retrofitting techniques to mitigate progressive collapse: A critical review and future research agenda. Engineering Structures. 2022; 262:114274. DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114274. EDN NAXIZX.Makoond N., Shahnazi G., Buitrago M., Adam J.M. Corner-column failure scenarios in building structures: Current knowledge and future prospects // Structures. 2023. Vol. 49. Pp. 958–982. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.01.121. EDN QFSPDN.Makoond N., Shahnazi G., Buitrago M., Adam J.M. Corner-column failure scenarios in building structures: Current knowledge and future prospects. Structures. 2023; 49:958-982. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.01.121. EDN QFSPDN.Alshaikh I.M.H., Bakar B.H.A., Alwesabi E.A.H., Akil H.Md. Experimental investigation of the progressive collapse of reinforced concrete structures : аn overview // Structures. 2020. Vol. 25. Pp. 881–900. DOI: 10.1016/j.istruc.2020.03.018. EDN YLAATO.Alshaikh I.M.H., Bakar B.H.A., Alwesabi E.A.H., Akil H.Md. Experimental investigation of the progressive collapse of reinforced concrete structures : аn overview. Structures. 2020; 25:881-900. DOI: 10.1016/j.istruc.2020.03.018. EDN YLAATO.Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Engineering Structures. 2018. Vol. 173. Pp. 122–149. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.06.082Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Engineering Structures. 2018; 173:122-149. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.06.082Миронова Ю.В., Денисов В.В. Напряженно-деформированное состояние сборного железобетонного каркаса при прогрессирующем обрушении // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2022. № 1 (1). С. 4–12. EDN BLYYSL.Mironova Yu.V., Denisov V.V. Stress-strain state of precast reinforced concrete frame with progressive collapse. Construction, buildings and structures. 2022; 1(1):4-12. EDN BLYYSL. (rus.).Семашкин А.Д., Туснин А.Р., Бергер М.П. Способы расчета несущих конструкций на устойчивость к прогрессирующему разрушению // Строительство: наука и образование. 2023. Т. 13. № 2. С. 31–50. DOI: 10.22227/2305-5502.2023.2.3. EDN SSKMDG.Semashkin A.D., Tusnin A.R., Berger M.P. Methods of structural analysis for resistance to progressive collapse. Construction: Science and Education. 2023; 13(2):31-50. DOI: 10.22227/2305-5502.2023.2.3. EDN SSKMDG. (rus.).Kiakojouri F., Zeinali E., Adam J.M., De Biagi V. Experimental studies on the progressive collapse of building structures: A review and discussion on dynamic column removal techniques // Structures. 2023. Vol. 57. P. 105059. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.105059. EDN DEYPZM.Kiakojouri F., Zeinali E., Adam J.M., De Biagi V. Experimental studies on the progressive collapse of building structures: A review and discussion on dynamic column removal techniques. Structures. 2023; 57:105059. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.105059. EDN DEYPZM.Perelmuter A.V., Kabantsev O.V. About the Problem of Analysis Resistance Bearing Systems in Failure of a Structural Element // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2018. Vol. 14. Issue 3. Pp. 103–113. DOI: 10.22337/2587-9618-2018-14-3-103-113. EDN CKYYJV.Perelmuter A.V., Kabantsev O.V. About the Problem of Analysis Resistance Bearing Systems in Failure of a Structural Element. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2018; 14(3):103-113. DOI: 10.22337/2587-9618-2018-14-3-103-113. EDN CKYYJV.

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