Экспертиза строительных конструкций и расчеты их пределов огнестойкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

Уральский институт Государственной Противопожарной службы

Кафедра: Пожарной профилактики

дисциплина: здания сооружения и их устойчивость при пожаре

курсовой проект

«Экспертиза строительных конструкций и расчеты их пределов огнестойкости»

Проверил: капитан внутренней службы

А.Ю. Акулов

Выполнил: курсант 342 учебной группы

сержант внутренней службы М.С. Черницын

ЕКАТЕРИНБУРГ 2007

Содержание

Введение

1. Характеристика здания и конструкций

1.1 Краткая характеристика здания

1.2 Краткая характеристика конструкций

2. Экспертиза строительных конструкций

3. Определение фактических пределов огнестойкости конструкций расчетом

3.1 Расчет предела огнестойкости плиты

3.2 Расчет предела огнестойкости ригеля

3.3 Расчет предела огнестойкости колонны

4. Выводы и технические решения

Список использованной литературы

пожар огнестойкость строительный конструкция

Введение

Для успешного выполнения служебных обязанностей инженер пожарной безопасности должен владеть современными методам расчета строительных конструкций и уметь применять их для определения пределов огнестойкости конструкций как в обычных условиях эксплуатации, так и в условиях пожара.

При изучении дисциплины «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» при выполнении курсового проекта закрепляем полученные теоретические знания, навыки в работе с нормативной и справочной литературой.

1. Характеристика здания и конструкций

1.1 Краткая характеристика здания

Трехэтажное производственное здание категории «Б» имеет каркасную конструктивную схему. По объемно - планировочному решению - унифицированного типа. Количество пролетов в здании 10Ч7.

Здание имеет полный каркас смонтированный из сборных железобетонных конструкций. Каркас состоит из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями перекрытий и продольных элементов: ригелей, плит покрытий и перекрытия и связей. Несущие конструкции покрытий выполняются в виде пространственных систем, сводов, оболочек, складок и других, и одновременно является продольными и поперечными элементами каркаса.

Элементы каркаса подвергаются комплексу силовых и не силовых воздействий. Силовые воздействия возникают от постоянных и временных нагрузок. Под воздействием не силовых воздействий внешней и внутренней среды в виде положительных и отрицательных температур, тепловых ударов, жидкой и парообразной влаги, воздуха и содержащихся в воздухе химических веществ.

Так как каркас выполнен из железобетона, то это позволяет экономить до 60% стали, в связи с этим элементы каркаса должны отвечать требованиям прочности и устойчивости.

- Этажность здания -1этаж; при высоте этажа - 4,2 м

- Количество пролетов:

по ширине здания - 10 пролетов (l = 4,06 м)

подлине здания -7 пролетов (l = 4,5 м)

- Площадь пожарного отсека определяем:

ширина здания (b=l₁n) b= 6,210 = 62 м;

длина здания (l=l₁n) l=4,520 = 90 м;

S_пож=6290 = 5580 м²

1.2 Краткая характеристика конструкций

Основными элементами каркаса являются колонны, ригели, плиты перекрытий и связи.

Вертикальные несущие конструкции - колонны, которые жестко закреплены в фундаменте с последующим становлением колонн на предыдущие. Горизонтальные элементы - ригеля. Ригеля жестко соединяются методом сварки с колоннами среднего и крайнего ряда.

Вертикальными связями являются панели стен и внутренние перегородки.

Покрытия по способу устройства бывают: монолитные, сборные и сборномонолитные. Простейший вид монолитного перекрытия - однопролетная плита. Широкое распространение получила многопустотная плита, в данной курсовой работе применяется многопустотная плита марки ПК6-58.12: ПК - плита и ее конструктивные особенности

6 - расчетная нагрузка (0,6 т/м²)

58 - длина (5,8 м)

15 - ширина (1,2 м)

Колонны для обеспечения хорошего качества проектируются размерами не менее 250 мм, ширина должна быть не менее ширины сечения ригеля. Связевые диафрагмы создаются поперечными стенами и стенами лестничных клеток. Они воспринимают и передают фундаменту горизонтальные нагрузки. Поэтому все остальные конструкционные элементы рассчитываются на вертикальную нагрузку.

В данной курсовой работе используются колонны марки КСР-443-29:

Ригели жестко соединяются с колоннами не только среднего, но и крайнего ряда. Они образуют ряды поперечных рам. В продольном направлении рама образует единую, пространственную, геометрически не изменяемую систему связи.

Ригели бывают однополочными и двухполочными. Ригели крайних пролетов - однополочные, жестко соединяют с колоннами крайнего и средних рядов. Поэтому на крайних опорах необходимо учитывать изгибающие моменты, которые возникают от действия нагрузок.

Ригели среднего ряда - двухполочные и жестко закреплены с колоннами среднего ряда.

В данной курсовой работе применяем ригели марки Р2-110-26:

2. Экспертиза строительных конструкций

Определяем требуемую степень огнестойкости. Согласно СНиП 2.09.02-85* «Производственные здания». В зависимости от категории здания (производственное категории «Б») и площади пожарного отсека 5580 м² по табл. 1 определяем требуемую степень огнестойкости здания - II.

Определяем требуемый предел огнестойкости строительных конструкций по СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы» (таблица 1).

Определяем фактический предел огнестойкости строительных конструкций по Пособию…. Данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1

№ п\п	Наименование строительных конструкций	Принято по пособию	Обоснование	Требование по СНиП	Обоснование	Вывод
1	Плита перекрытия ПК6-58.15	1,12	0	Пособие… п. 2.27 табл.8	0,75	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ
2	Ригель Р2-72-41	2,44	0	Пособие… п. 2.26 табл.6	0,75	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ
3	Колонна КСР-442-24	2,5	0	Пособие… п. 2.22 табл.2	2	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ

Вывод: Сравнив результаты таблицы мы определили, - условие выполняется, следовательно конструкции соответствуют требованиям нормативных документов и разрешены в эксплуатацию.

Определение По^ф многопустотной плиты по «Пособие…»

Толщина плиты:

b-ширина плиты; h-высота плиты; n-количество пустот;

а₁=а+d₁/2=20+10/2=25 мм - крайние слои арматуры

а₂=а+d₂/2=20+12/2=26 мм - средние слои арматуры

Согласно прил. 17 методических указаний по выполнению контрольных работ

2-10 мм А₁= 157 мм²

3-12 мм А₂= 339 мм²

Определяем предел огнестойкости по расстоянию до оси арматуры по таблице 8 «Пособие…»

а^I=25мм П^I=1ч

а^II=35мм П^II=1,5ч

=

Определяем предел огнестойкости плиты по эффективной толщине бетона таблица 8 «Пособие…»

=120мм П^I= 2ч

=140мм П^II= 2,5ч

Сравниваем П₁и П₂ выбираем наименьший предел огнестойкости. Класс арматуры А III.

ц₁= 1,2 п. 2.18 «Пособие…»

ц₂= 1 п. 2.20 «Пособие…»

ц₃= 0,9 п. 2.27 «Пособие…»

Определение По^ф колонны по «Пособие…»

Данные:

в=400мм

а=50мм

По Таблице 2 «Пособие…» определяем По^ф=2,5 ч.

Определение По^ф ригеля по «Пособие…»

Конструктивные параметры ригеля:

Находим площадь сечения арматуры (Прил. 17 методических указаний по выполнению контрольных работ)

а₁= а+d₁/2 = 30+16/2 = 38 мм - верхний слой арматуры

а₂= а+d₂/2 = 30+25/2 = 42,5 мм - нижний слой арматуры

а₁ = 16 мм (2 стержня) А_S1= 402 мм²

а₂ = 25 мм (2 стержня) А_S2= 982 мм²

а^I = 35 b^I= 400 По = 1,5 ч

а^II = 65 b^II= 400 По = 2,5 ч

ц₁=1,2 п.2.18 «Пособие…»]

ц₂=1 п.2.20 «Пособие…»

Определяем отношение площади арматуры над опорой к площади арматуры в пролете.

Определяем увеличение предела огнестойкости изгибаемого статически неопределимого элемента, % по сравнению с пределом огнестойкости статически определимого элемента:

ц₃=0,19+1=1,19

= 2,44ч

3. Определение фактических пределов огнестойкости конструкций расчетом.

3.1 Расчет предела огнестойкости фактического плиты

Многопустотная плита перекрытия ПК6-58.12, свободно опирающаяся по двум сторонам. Размеры сечения: В=1190мм; h=220мм; длина рабочего пролёта l_р=5700мм; толщина защитного слоя до края арматуры а = 20 мм; растянутая арматура класса А-IV 3 стержня диаметром 12мм;тяжелый бетон класса В20, весовая влажность бетона щ₀=2, на гранитном щебне средняя плотность бетона в сухом состоянии _ос=2330кг/м³; диаметр пустот равен 160мм; расчетная нагрузка q_р = 0,6 т/м².

Решение:

1. Расчет нормативной нагрузки

- усредненный коэффициент надежности по нагрузке

2. Определяем максимальный изгибающий момент от действия нормативной нагрузки;

Определяем расстояние до оси арматуры;

- крайний слой рабочей арматуры

Определяем среднее расстояние до оси арматуры;

Определяем высоту полки;

Определяем рабочую (полезную) высоту сечения;

Определяем расчетное сопротивление сжатого бетона;

Для бетона класса В20 (табл.12, );

МПа, К = 37,56 с^1/2 (методом интерполяции)

-коэффициент надежности;

Определяем нормативное сопротивление растяжению арматуры (табл.19, [1]);

Находим расчетное сопротивление;

-коэффициент надежности по арматуре;

Находим А_s- площадь сечения растянутой арматуры.

А_s1=452мм²;

Находим высоту сжатой зоны бетона в предельном состоянии , предполагая, что ;

Определяем напряжение в сечении растянутой арматуры;

Вычисляем коэффициент снижения прочности стали

По найденному значению (из прил. 16 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим критическую температуру;

(методом интерполяции)

Находим значение Гауссового интеграла ошибок (по прил. 9 методических указаний для выполнения контрольных работ);

₁=0,55 х₁= 0,54 (методом интерполяции)

Теплофизические характеристики бетона.

Средний коэффициент теплопроводности при t=450⁰C (прил. 12 методических указаний для выполнения контрольных работ)

Определяем приведенный коэффициент температуропроводности

50,4-влияние испарения воды в бетоне при нагреве;

-влажность бетона;

-плотность бетона;

Находим предел огнестойкости:

у - расстояние от нормали обогреваемой поверхности до расчетной точки

С учетом пустотности плиты её фактический предел огнестойкости находится путем умножения найденного значения на коэффициент 0,9;

Принимаем наименьший предел огнестойкости плиты По^ф = 0,738ч

3.2 Расчет предела огнестойкости фактического ригеля

Ригель Р2-72-41 двухполочный, размер пролета 3 м, расчетная нагрузка 72 т/м. Вид бетона - на известняковом щебне плотность составляет =2250кг/м². Класс бетона В20. Влажность - 2. Арматура 2 стержня =10мм (верхний пояс) 2 стержня = 25 мм (нижний пояс) класса А III. Ширина b=400мм, высота h=450мм

Решение:

Определяем нормативную нагрузку:

Определяем расстояние до рабочей арматуры

а₁= а_е+1/2·d₁=30+16/2=38мм

а₂= а_е+1/2·d₂=30+25/2=42,5мм

Площадь сечения арматуры:

а₁ = 16 мм (2 стержня) А_S1= 402 мм²

а₂ = 25 мм (2 стержня) А_S2= 982 мм²

h₀ = h-а = 450-41,2 = 408,8 мм

Арматура класса А-III с

;

R_sn=390 МПа; (табл. 19 [1])

Бетон класса

В20 (табл.12 [1])

Определяем расчетное сопротивление сжатого бетона;

-коэффициент надежности по арматуре.

Определяем расчетное сопротивление растяжению арматуры:

- коэффициент надежности по арматуре;

Изгибающийся момент от действия нормативной нагрузки равен:

Для выполнения дальнейших расчетов задаемся интервалами времени

Для времени несущая способность балки равна:

Расстояние от центра до расчетной точки

Для времени по (прил. 18 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим размеры сжатой зоны за счет потери прочности наружными слоями бетона (t_cr = 750 C):

По координатам расположения стрежней арматуры определяем их температуру (прил. 19 методических указаний для выполнения контрольных работ) Этим значениям температур соответствует коэффициент снижения прочности арматурной стали (прил. 16 методических указаний для выполнения контрольных работ) тогда .

Высота сжатой зоны бетона равна

Несущая способность балки составит:

Для времени находим (прил. 18 методических указаний для выполнения контрольных работ);

Температура арматурных стержней составит (прил. 19 методических указаний для выполнения контрольных работ);

Соответственно значения коэффициентов снижения прочности арматуры будут равны (прил. 16 методических указаний для выполнения контрольных работ);

Так как арматура в один ряд, то:

Высота сжатой зоны бетона равна

Тогда несущая способность балки будет равна:

Строим график снижения несущей способности ригеля

Определяем фактический предел огнестойкости балки По^ф = 2,35 ч

3.3 Расчет предела огнестойкости колонны

Железобетонная колонна КСР-442-24 среднего ряда, расчетная длина l₀=4,2м, размером сечения 0,40,4 мм, Бетон класса В20, средняя плотность бетона в сухом состоянии на гранитном щебне составляет _ос=2330кг/м². Весовая влажность - = 2. Арматура класса А III 4 стержня 20мм. Толщина защитного слоя а=50мм. Расчетная нагрузка N_р=240 т

Нормативная нагрузка: N_n=N_р/1,2 = 2400/1,2 = 2000 кН

1,2 - усредненный коэффициент надежности по нагрузке

Решение:

По (табл.19 [1]) арматура класса А-III определяем нормативное сопротивление растяжению

Определяем расчетное сопротивление:

- соответствующий коэффициент надежности по бетону

Определяем суммарную площадь арматуры (по прил. 17 методических указаний для выполнения контрольных работ)

Бетон класса В20 с (табл.12 [1])

-коэффициент надежности по арматуре

Теплофизические характеристики бетона.

(прил. 12 методических указаний для выполнения контрольных работ);

Определяем приведенный коэффициент температуропроводности бетона

Для дальнейших расчётов задаёмся интервалами времени , равными

; .

1. Для несущая способность колонны будет равна:

- коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по ( прил. 15 методических указаний для выполнения контрольных работ); в зависимости от отношения (методом интерполяции)

2. Для .

Критерий Фурье равен

,

,

где .

Из прил. 10 методических указаний для выполнения контрольных работ находим относительную избыточную температуру в неограниченной пластине ,

.

Температура арматурных стержней при обогреве колонны с четырех сторон будет равна:

где определяется по формуле;

По (прил. 16 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим значение коэффициента снижения прочности арматуры AIII (методом интерполяции)

Для определения размеров ядра бетонного сечения необходимо найти значение

Величину - температура в средней неограниченной пластине находится из (прил. 11 методических указаний для выполнения контрольных работ) при

При критической температуре бетона на гранитном щебне

Из (прил. 10 методических указаний для выполнения контрольных работ) при находим Тогда

Несущая способность колонны при будет равна

- коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по ( прил. 15 методических указаний для выполнения контрольных работ); в зависимости от отношения . (методом интерполяции)

3. Для

При (см. расчет) и из (прил. 10 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим

где - изменение температуры при стандартном температурном режиме определяется по формуле:

По (прил. 16 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим (методом интерполяции)

При из прил. 11 методических указаний для выполнения контрольных работ

(методом интерполяции)

При и (из прил. 10 методических указаний для выполнения контрольных работ) находим

Несущая способность колонны при составляет

- коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по ( прил. 15 методических указаний для выполнения контрольных работ); в зависимости от отношения . (методом интерполяции)

По результатам расчета строим график снижения несущей способности колонны в условиях пожара.

Определяем фактический предел огнестойкости По^ф = 2,05 ч

4. Выводы и технические решения

Экспертиза строительных конструкций и определение фактических пределов огнестойкости применяемых конструкций полностью обеспечивает требуемую степень огнестойкости проектируемого здания.

Повышение пределов огнестойкости может быть достигнуто следующими способами:

- увеличение толщины защитного слоя бетона;

- применение теплоизолирующих покрытий;

- применение стали с более высокой критической температурой;

- обоснованное увеличение в процессе проектирования сечений элементов конструкций;

- изменение статической схемы элемента;

- изменение условий обогрева;

- за счет подвесного потолка, в качестве экрана;

- уменьшение нагрузки на конструкцию;

- сочленение необходимо покрывать слоем бетона;

- установка проволочной сетки между рабочей арматурой и поверхностью колонн (в защитном слое бетона)

Таблица. 2

№ п\п	Наименование строительных конструкций	Принято по проекту	Обоснование	Требование по нормам	Обоснование	Вывод
1	Плита перекрытия ПК6-58.15	0,9	0	Расчет	0,75	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ.
2	Ригель Р2-72-41	2,35	0	Расчет	0,75	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ.
3	Колонна КСР-442-24	2,05	0	Расчет	2	0	СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»	Соответ.

Вывод: проведя расчет фактических пределов огнестойкости предложенных конструкций и сравнив результаты расчета с требованиями нормативных документов по огнестойкости конструкций, мы определили, , следовательно конструкции соответствуют требованиям нормативных документов по огнестойкости и разрешены в эксплуатацию.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».

2. СНиП 2.01.02-85* «Противопожарные нормы».

3. СНиП 2.09.02-85* «Производственные здания».

4. 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.

5. И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, А.Ю. Фролов. Огнестойкость строительных конструкций. М.: Спецтехника, 2001.

6. О.А. Мокроусова, А.Ю. Акулов. Здания и сооружения и их устойчивость при пожаре: методические указания и варианты контрольных работ для слушателей 3 курса очной и заочной форм обучения. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России. 2005г. 71 с.

7. О.А. Мокроусова, А.Ю. Акулов. Здания и сооружения и их устойчивость при пожаре: методические указания к выполнению курсового проекта. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России. 2006г. 84 с.

Размещено на Allbest.ru

...