Расчет плит перекрытий монолитных каркасов с комбинированным армированием на эксплуатационные нагрузки и устойчивость к прогрессирующему обрушению

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

1. 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. Vol. 10. Issue 11. P. 3973. DOI: 10.3390/app10113973. EDN NUSXIC.

2. Ju 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.2017.09.016

3. Фабричная 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.

4. Антаков И.А. Особенности работы изгибаемых элементов с композитной полимерной арматурой под нагрузкой // Жилищное строительство. 2018. № 5. С. 15–18. EDN XQKXFB.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.2018.06.082

20. Миронова 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.