Проектирование и строительство домов

Определение пределов огнестойкости строительных конструкций

Определение предела огнестойкости железобетонных конструкций

Исходные данные для железобетонной плиты перекрытия приведены в таблице 1.2.1.1

Вид бетона - легкий бетон плотностью с = 1600 кг/м3 с крупным заполнителем из керамзита; плиты многопустотные, с круглыми пустотами, количество пустот - 6 шт, опирание плит - по двум сторонам.

1) Эффективная толщина многопустотной плиты tэф для оценки предела огнестойкости по теплоизолирующей способности согласно п. 2.27 Пособия к СНиП II-2-80 (Огнестойкость):

2) Определяем по табл. 8 Пособия предел огнестойкости плиты по потере теплоизолирующей способности для плиты из легкого бетона с эффективной толщиной 140 мм:

Предел огнестойкости плиты 180 мин.

3) Определим расстояние от обогреваемой поверхности плиты до оси стержневой арматуры:

4) По таблице 1.2.1.2 (табл. 8 Пособия) определяем предел огнестойкости плиты по потере несущей способности при а = 40 мм, для легкого бетона при опирании по двум сторонам.

Таблица 1.2.1.2

Пределы огнестойкости железобетонных плит

Искомый предел огнестойкости 2 ч или 120 мин.

5) Согласно п. 2.27 Пособия для определения предел огнестойкости пустотных плит применяется понижающий коэффициент 0,9:

6) Определяем полную нагрузку на плит, как сумма постоянной и временной нагрузок:

7) Определяем отношение длительно действующей части нагрузки к полной нагрузке:

8) Поправочный коэффициент по нагрузке согласно п. 2.20 Пособия:

9) По п. 2.18 (ч. 1 б) Пособия принимаем коэффициент для арматуры

10) Определяем предел огнестойкости плиты с учётом коэффициентов по нагрузке и по арматуре:

Предел огнестойкости плиты по несущей способности составляет

Исходя из результатов полученных в ходе расчетов мы получили, что предел огнестойкости железобетонной плиты по несущей способности 139 мин., а по теплоизолирующей способности 180 мин. Необходимо брать наименьший предел огнестойкости.

Вывод: предел огнестойкости железобетонной плиты REI 139.

Определение пределов огнестойкости железобетонных колонн

Вид бетона - тяжелый бетон плотностью с = 2350 кг/м3 с крупным заполнителем из карбонатных пород (известняк);

В таблице 1.2.2.1 (табл. 2 Пособия) приведены значения фактических пределов огнестойкости (ПОф) железобетонных колонн с различными характеристиками. При этом ПОф определяется не по толщине защитного слоя бетона, а по расстоянию от поверхности конструкции до оси рабочего арматурного стержня (), которое включает помимо толщины защитного слоя еще и половину диаметра рабочего арматурного стержня.

1) Определяем расстояние от обогреваемой поверхности колонны до оси стержневой арматуры по формуле:

2) Согласно п. 2.15 Пособия для конструкций из бетона с карбонатным заполнителем размер поперечного сечения допускается уменьшать на 10 % при том же пределе огнестойкости. Тогда ширину колонны определим по формуле:

3) По таблице 1.2.2.2 (табл. 2 Пособия) определяем предел огнестойкости для колонны из легкого бетона с параметрами: b = 444 мм, а = 37 мм при обогреве колонны со всех сторон.

Таблица 1.2.2.2

Пределы огнестойкости железобетонных колонн

Искомый предел огнестойкости находится в интервале между 1,5 ч и 3 ч. Для определения предела огнестойкости применяем метод линейной интерполяции. Данные приведены в таблице 1.2.2.3

Как было сказано выше, предел огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций может наступить из-за прогрева до критической температуры рабочей арматуры находящейся в растянутой зоне.

В связи с этим, расчет огнестойкости многопустотной плиты перекрытия будем определять по времени прогрева до критической температуры растянутой рабочей арматуры.

Сечение плиты представлено на рис.3.8.

b p b p b p b p b p

h h 0

A s

Рис.3.8. Расчетное сечение многопустотной плиты перекрытия

Для расчета плиты ее сечение приводится к тавровому (рис.3.9).

b´ f

x tem ≤h´ f

h´ f

h h 0

x tem >h´ f

A s

a ∑b р

Рис.3.9. Тавровое сечение многопустотной плиты для расчета ее на огнестойкость

Последовательность

расчета предела огнестойкости плоских изгибаемых многопустотных железобетонных элементов

3. Если, то  s , tem определяется по формуле

Где вместо b используется ;

Если
, то ее необходимо пересчитать по формуле:

По 3.1.5 определяется t s , cr (критическая температура).

Вычисляется функция ошибок Гаусса по формуле:

По 3.2.7 находится аргумент функции Гаусса.

Вычисляется предел огнестойкости П ф по формуле:

Пример №5.

Дано. Многопустотная плита перекрытия, свободно опирающаяся по двум сторонам. Размеры сечения: b =1200 мм, длина рабочего пролета l = 6 м, высота сечения h = 220 мм, толщина защитного слоя а l = 20 мм, растянутая арматура класса А-III, 4 стержня Ø14 мм; тяжелый бетон класса В20 на известняковом щебне, весовая влажность бетона w = 2%, средняя плотность бетона в сухом состоянии ρ 0с = 2300 кг/м 3 , диаметр пустот d n = 5,5 кН/м.

Определить фактический предел огнестойкости плиты.

Решение:

Для бетона класса В20 R bn = 15 МПа (п. 3.2.1.)

R bu = R bn /0,83 = 15/0,83 = 18,07МПа

Для класса арматуры А-III R sn = 390 МПа (п. 3.1.2.)

R su = R sn /0,9 = 390/0,9 = 433,3 МПа

A s = 615 мм 2 = 61510 -6 м 2

Теплофизические характеристики бетона:

λ tem = 1.14 – 0,00055450 = 0,89 Вт/(м·˚С)

с tem = 710 + 0,84450 = 1090 Дж/(кг·˚С)

k = 37,2 п.3.2.8.

k 1 = 0,5 п.3.2.9. .

Определяется фактический предел огнестойкости:

С учетом пустотности плиты ее фактический предел огнестойкости необходимо умножить на коэффициент 0,9 (п.2.27. ).

Литература

Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». Учебное пособие по изучению дисциплины.– Иркутск.: ВСИ МВД России, 2002. – 191 с.

Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. Строительные конструкции. Справочное пособие по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2001. – 73 с.

Мосалков И.Л. и др. Огнестойкость строительных конструкций: М.: ЗАО «Спецтехника», 2001. - 496 с., илл

Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1988.- 143с., ил.

Шелегов В.Г., Чернов Ю.Л. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». Пособие по выполнению курсового проекта. – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2002. – 36 с.

Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2-80), ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1985. – 56 с.

ГОСТ 27772-88: Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия/ Госстрой СССР. – М., 1989

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. – 36 с.

ГОСТ 30247.0 – 94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования.

СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1995. – 80 с.

1ЭЛЛИНГ – сооружение на берегу со специально устроенным наклонным фундаментом (стапелем ), где закладывается и строится корпус судна.

2 ПУТЕПРОВОД – мост через сухопутные пути (или над сухопутным путём) на месте их пересечения. Обеспечивается движение по ним в разных уровнях.

3ЭСТАКАДА – сооружение в виде моста для проведения одного пути над другим в месте их пересечения, для причала судов, а также вообще для создания дороги на некоторой высоте.

4 РЕЗЕРВУАР – вместилище для жидкостей и газов.

5 ГАЗГОЛЬДЕР – сооружение для приемки, хранения и отпуска газа в газопроводную сеть.

6доменная печь - шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды.

7Критическая температура – температура, при которой нормативное сопротивление металлаR un уменьшается до величины нормативного напряжения n от внешней нагрузки на конструкцию, т.е. при которой наступает потеря несущей способности.

8Нагель -деревянный или металлический стержень, применяемый для скрепления частей деревянных конструкций.

Для решения статической части задачи форму поперечного сечения железобетонной плиты перекрытия с круглыми пустотами (прил.2 рис. 6.) приводим к расчетной тавровой.

Определим изгибающий момент в середине пролета от действия нормативной нагрузки и собственного веса плиты:

где q / n – нормативная нагрузка на 1 погонный метр плиты, равная:

Расстояние от нижней (обогреваемой) поверхности панели до оси рабочей арматуры составит:

мм,

где d – диаметр арматурных стержней, мм.

Среднее расстояние составит:

мм,

где А – площадь поперечного сечения арматурного стержня (п. 3.1.1. ), мм 2 .

Определим основные размеры расчетного таврового поперечного сечения панели:

Ширина: b f = b = 1,49 м;

Высота: h f = 0,5 (h -П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 мм;

Расстояние от не обогреваемой поверхности конструкции до оси арматурного стержня h o = h – a = 220 – 21 = 199 мм.

Определяем прочностные и теплофизические характеристики бетона:

Нормативное сопротивление по пределу прочности R bn = 18,5 МПа (табл. 12 или п. 3.2.1 для бетона класса В25);

Коэффициент надежности  b = 0,83 ;

Расчетное сопротивление бетона по пределу прочности R bu = R bn /  b = 18,5 / 0,83 = 22,29 МПа;

Коэффициент теплопроводности  t = 1,3 – 0,00035Т ср = 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 Вт м -1 К -1 (п. 3.2.3. ),

где Т ср – средняя температура при пожаре, равная 723 К;

Удельная теплоемкость С t = 481 + 0,84Т ср = 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 Дж кг -1 К -1 (п. 3.2.3. );

Приведенный коэффициент температуропроводности:

Коэффициенты, зависящие от средней плотности бетона К = 39 с 0,5 иК 1 = 0,5 (п.3.2.8, п.3.2.9. ).

Определяем высоту сжатой зоны плиты:

Определяем напряжение в растянутой арматуре от внешней нагрузки в соответствии с прил. 4:

так как х t = 8,27 ммh f = 30,5 мм, то

где As – суммарная площадь поперечного сечения арматурных стержней в растянутой зоне поперечного сечения конструкции, равная для 5 стержней12 мм 563 мм 2 (п. 3.1.1. ).

Определим критическое значение коэффициента изменения прочности арматурной стали:

,

где R su – расчетное сопротивление арматуры по пределу прочности, равное:

R su = R sn /  s = 390 / 0,9 = 433,33 МПа (здесь s – коэффициент надежности для арматуры, принимаемый равным 0,9 );

R sn – нормативное сопротивление арматуры по пределу прочности, равное 390 МПа (табл. 19 или п. 3.1.2 ).

Получили, что  stcr 1. Значит, напряжения от внешней нагрузки в растянутой арматуре превышают нормативное сопротивление арматуры. Следовательно, необходимо снизить напряжение от внешней нагрузки в арматуре. Для этого увеличим число арматурных стержней панели12мм до 6.Тогда A s = 679 10 -6 (п. 3.1.1. ).

МПа,

.

Определим критическую температуру нагрева несущей арматуры в растянутой зоне.

По таблице п. 3.1.5. с помощью линейной интерполяции определяем, что для арматуры класса А-III, марки стали 35 ГС и  stcr = 0,93.

t stcr = 475C.

Время прогрева арматуры до критической температуры для плиты сплошного поперечного сечения будет являться фактическим пределом огнестойкости.

с = 0,96 ч,

где Х – аргумент функции ошибок Гаусса (Крампа), равный 0,64 (п.3.2.7. ) в зависимости от величины функции ошибок Гаусса (Крампа), равной:

(здесь t н – температура конструкции до пожара, принимаем равной 20С).

Фактический предел огнестойкости плиты перекрытия с круглыми пустотами составит:

П ф =  0,9 = 0,960,9 = 0,86 ч,

где 0,9 – коэффициент, учитывающий наличие в плите пустот.

Так как бетон – негорючий материал, то, очевидно, фактический класс пожарной опасности конструкции К0.

Самый распространенный материал в
строительстве — это железобетон. Он сочетает в себе бетон и стальную арматуру,
рационально уложенную в конструкции для восприятия растягивающих и сжимающих
усилий.

Бетон хорошо сопротивляется сжатию и
хуже – растяжению. Эта особенность бетона неблагоприятна для изгибаемых и
растянутых элементов. Наиболее распространенными изгибаемыми элементами здания
являются плиты и балки.

Для компенсации неблагоприятных
процессов бетона, конструкции принято армировать стальной арматурой. Армируют
плиты сварными сетками, состоящими из стержней, расположенных в двух взаимно
перпендикулярных направлениях. Сетки укладывают в плитах таким образом, что
стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали
растягивающие усилия, возникающие в конструкциях при изгибе под нагрузкой, в
соответствии с эпюрой изгибающих нагрузок.

В
условиях пожара плиты подвергаются воздействию высокой температуры снизу,
уменьшение их несущей способности происходит в основном за счет снижения
прочности нагревающейся растянутой арматуры. Как правило, такие элементы
разрушаются в результате образования пластического шарнира в сечении с
максимальным изгибающим моментом за счет снижения предела прочности
нагревающейся растянутой арматуры до величины рабочих напряжений в ее сечении.

Обеспечение пожарной
безопасности здания требует усиления огнестойкости и огнесохранности
железобетонных конструкций. Для этого используются следующие технологии:

• армирование плит производить
  только вязаными или сварными каркасами, а не отдельными стержнями россыпью;
• во избежание выпучивания продольной арматуры при ее нагреве во
  время пожара необходимо предусмотреть конструктивное армирование хомутами или
  поперечными стержнями;
• толщина нижнего защитного слоя бетона перекрытия должна быть
  достаточной для того, чтобы он прогревался не выше 500°С и после пожара не
  оказывал влияние на дальнейшую безопасную эксплуатацию конструкции.
  Исследованиями установлено, что при нормируемом пределе огнестойкости R=120, толщина
  защитного слоя бетона должна быть не менее 45 мм, при R=180 - не менее 55 мм,
  при R=240 - не менее 70 мм;
• в защитном слое бетона на глубине 15–20 мм со стороны нижней
  поверхности перекрытия следует предусмотреть противооткольную арматурную сетку
  из проволоки диаметром 3 мм с размером ячейки 50–70 мм, снижающую интенсивность
  взрывообразного разрушения бетона;
• усиление приопорных участков тонкостенных перекрытий поперечной
  арматурой, не предусмотренной обычным расчетом;
• увеличение предела огнестойкости за счет расположения плит,
  опертых по контуру;
• применение специальных штукатурок (с использованием асбеста и
  перлита, вермикулита). Даже при малых величинах таких штукатурок (1,5 — 2 см)
  огнестойкость железобетонных плит увеличивается в несколько раз (2 — 5);
• увеличение предела огнестойкости за счет подвесного потолка;
• защита узлов и сочленений конструкций слоем бетона с требуемым
  пределом огнестойкости.

Эти меры обеспечат должную противопожарную безопасность здания.
Железобетонная конструкция приобретет необходимую огнестойкость и
огнесохранность.

Используемая литература:
1.Здания и сооружения, и их устойчивость
при пожаре. Академия ГПС МЧС России, 2003
2. МДС 21-2.2000.
Методические рекомендации по расчету огнестойкости железобетонных конструкций.
- М. : ГУП «НИИЖБ», 2000. - 92 с.

Таблица 2.18

Легкий бетон плотностью? = 1600 кг/м3 с крупным заполнителем из керамзита, плиты с круглыми пустотами количеством 6 шт., опирание плит - свободное, по двум сторонам.

1. Определим эффективную толщину многопустотной плиты tэф для оценки предела огнестойкости по теплоизолирующей способности согласно п. 2.27 Пособия:

где - толщина плиты, мм;

• - ширина плиты, мм;
• - количество пустот, шт.;
• - диаметр пустот, мм.
• 2. Определяем по табл. 8 Пособия предел огнестойкости плиты по потере теплоизолирующей способности для плиты из тяжелого бетона часть с эффективной толщиной 140 мм:

Предел огнестойкости плиты по потере теплоизолирующей способности

3. Определим расстояние от обогреваемой поверхности плиты до оси стержневой арматуры:

где - толщина защитного слоя бетона, мм;

• - диаметр рабочей арматуры, мм.
• 4. По табл. 8 Пособия определяем предел огнестойкости плиты по потере несущей способности при а = 24 мм, для тяжелого бетона и при опирании по двум сторонам.

Искомый предел огнестойкости находится в интервале между 1 ч и 1,5 ч, определяем его методом линейной интерполяции:

Предел огнестойкости плиты без учёта поправочных коэффициентов - 1,25 ч.

• 5. Согласно п. 2.27 Пособия для определения предел огнестойкости пустотных плит применяется понижающий коэффициент 0,9:
• 6. Определяем полную нагрузку на плиту, как сумму постоянной и временной нагрузок:
• 7. Определяем отношение длительно действующей части нагрузки к полной нагрузке:

8. Поправочный коэффициент по нагрузке согласно п. 2.20 Пособия:

• 9. По п. 2.18 (ч. 1 а) Пособия принимаем коэффициент? для арматуры А-VI:
• 10. Определяем предел огнестойкости плиты с учётом коэффициентов по нагрузке и по арматуре:

Предел огнестойкости плиты по несущей способности составляет R 98.

За предел огнестойкости плиты принимаем меньшее из двух значений - по потере теплоизолирующей способности (180 мин) и по потере несущей способности (98мин).

Вывод: предел огнестойкости железобетонной плиты составляет REI 98