Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия

Государственной противопожарной службы

Кафедра пожарной безопасности объектов защиты

(в составе УНК «Государственный надзор»)

Курсовой проект

по дисциплине: «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре»

Тема: «Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных

конструкций»

Выполнил: курсант 411 учебной группы

рядовой внутренней службы Волкова К.М.

Руководитель: старший преподаватель кафедры

подполковник внутренней службы Винокуров М.В.

Иваново 2017



Введение

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо -- растяжению; стальная же арматура хорошо работает на растяжение.

Железобетонные конструкции по способу изготовления разделяются на монолитные и сборные. Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на том месте, где, согласно проекту, они должны быть установлены; при их возведении затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т.д.

Сборные железобетонные конструкции во многих случаях значительно экономичнее монолитных, так как их изготовляют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства. Бетонные и железобетонные изделия широкой номенклатуры в настоящее время применяют во всех областях строительства. Эти изделия классифицируют по назначению, виду бетона, строению, способу армирования, размерам, объемному весу и другим признакам. По назначению сборные железобетонные изделия разделяют на четыре основные группы: изделия для жилых и гражданских зданий, изделия для промышленных зданий, изделия для инженерных сооружений и изделия различного назначения.



1. Теоретические основы поведения железобетонных строительных конструкций при пожаре

1.1 Номенклатура железобетонных конструкций

Сборные железобетонные изделия и конструкции предназначены для жилищного, гражданского и промышленного строительства. Помимо этого железобетонные изделия заводского производства поставляются для возведения сооружений различного назначения. В зависимости от конструкции зданий и сооружений железобетонные изделия могут быть разными по габаритам, форме, несущей способности и т.д. Оии могут выполнять различные функции: воспринимать эксплуатационные нагрузки или защищать от теплопотерь отапливаемые здания, подвергаться воздействию химически агрессивной среды, динамических и знакопеременных нагрузок, давлению воды, попеременному замораживанию и оттаиванию и т.п. Исходя из конкретных условий работы изделий, а также учитывая особенности технологии их изготовления, к ним предъявляются различные требования. По внешнему виду их делят на линейные, плоскостные, блочные и объемные. К линейным относят балки, колонны, фермы, ригели, перемычки, сваи, шпалы; к плоскостным-- стеновые панели и перегородки, плиты перекрытий и покрытий, дорожные, облицовочные, тротуарные плиты и т.п.; к блочным -- стеновые, вентиляционные, цокольные и фундаментные блоки; к объемным -- блок-комнаты, санитарно-технические кабины, объемные элементы силосов, подземных переходов, шахт лифтов, коллекторов, кольца колодцев и др. Максимальные размеры и масса изделий и конструкций зависят от условий транспортировки и используемых грузоподъемных механизмов при их производстве и монтаже и, как правило, не превышают по длине 24 м, высоте 3 м и массе 25 т.

Допустимые отклонения от линейных размеров и формы, а также другие требования регламентируются техническими условиями на отдельные виды изделий. Выпускаемые изделия могут отличаться по марке и плотности используемого бетона, морозостойкости, армированию, конструкции элементов, отделке лицевых поверхностей, функциональному назначению н другим свойствам (водонепроницаемости, огнестойкости и т.п.) В однослойных ограждающих конструкциях зданий -- наружных стеновых блоках и панелях используют легкие и ячеистые бетоны классов В 3,5--В 15 средней плотностью 700--1200 кг/м³. В трехслойных панелях наружные слои выполняют из тяжелого бетона в сочетании с внутренним теплоизоляционным слоем. Бетон для наружных стен должен выдерживать при стандартных испытаниях не менее 15--25 цикл попеременного замораживания и оттаивания. Наружный слой стеновых панелей и блоков в процессе производства облицовывают цветными плитками или окрашивают стойкими к атмосферным воздействиям красителями и т.п. Внутреннюю поверхность шпатлюют под оклейку обоями. Для повышения заводской готовности стеновых панелей в их проемы устанавливают оконные и дверные блоки. Элементы несущих конструкций -- балки, фермы, ригели, колонны, плиты перекрытий и покрытий изготовляют из тяжелого бетона В 20--В 60 средней плотностью 1800--2500 кг/м³ или легкого конструкционного бетона классов В 20--В 40 средней плотностью 1400--2000 кг/м³. Изгибаемые элементы зданий (балки, фермы, плиты перекрытий и покрытий, ригели) выпускают предварительно напряженными и без предварительного напряжения. Одинаковые по назначению изделия могут отличаться по конструкции. В современных зданиях и сооружениях каждый элемент конструкции выполняет либо строго определенную функцию -- перекрывая определенный проем (фермы, балки, ригели, плиты покрытий и перекрытий) или воспринимая вертикальные нагрузки (колонны, внутренние и наружные несущие стены), либо совмещает несколько функций, являясь, например, одновременно несущей и ограждающей конструкцией (наружные стеновые панели). К отдельным видам железобетонных изделий предъявляют особые требования с учетом специфики их работы в сооружениях.

1.2 Огнестойкость зданий и сооружений

Степень огнестойкости зданий и сооружений зависит от группы возгораемости и предела огнестойкости основных строительных конструкций. В соответствии с [2] здания могут быть пяти степеней огнестойкости: I, II, III, IV и V. Наиболее безопасны в отношении пожаров здания I и II степеней огнестойкости.

В постройках и сооружениях I и II степеней огнестойкости все конструктивные элементы несгораемые (кроме крыш в зданиях с чердаками, которые могут быть сгораемыми) с пределами огнестойкости соответственно 0,5...2 ч и 0,25...2 ч.

При III степени огнестойкости зданий и объектов несгораемыми должны быть только несущие стены, каркас, колонны, а перегородки, междуэтажные и чердачные перекрытия могут быть из трудносгораемых материалов или из сгораемых, но оштукатуренных или обработанных огнезащитным составом. В сооружениях IV степени огнестойкости несгораемыми могут быть только противопожарные стены (брандмауэры), разделяющие здания большой площади на части; несущие стены, колонны, перегородки и заполнение каркасных стен должны быть трудносгораемыми, а несущие элементы покрытий могут быть сгораемыми.

У зданий V степени огнестойкости все элементы, кроме брандмауэров, могут быть из сгораемых строительных материалов.

В зданиях всех степеней огнестойкости допускается делать сгораемыми: щитовые перегородки, остекленные при высоте глухой части до 1,2 м от пола, а также сборно-разборные и раздвижные; полы (кроме тех помещений, где применяют или хранят ЛВЖ и ГЖ); оконные переплеты, ворота и двери, кроме расположенных в противопожарных стенах; облицовку стен, перегородок и потолков, обрешетку крыш и стропила в зданиях с чердаками; кровлю в зданиях III, IV и V степеней огнестойкости с чердаками.



1.3 Основные принципы расчета огнестойкости железобетонных конструкций

Расчет предела огнестойкости железобетонной конструкции по потере несущей способности R состоит из двух частей: теплотехнической и статической.

Теплотехническим расчетом определяют время предела огнестойкости, по истечении которого арматура нагревается до критической температуры или сечение бетона конструкции сокращается до предельного значения при воздействии на нее стандартного температурного режима.

Теплотехнический расчет выполняют исходя из условий, что нагрев конструкции происходит по стандартному температурному режиму, принятому для испытаний конструкций на огнестойкость. Изменение температуры t во времени в любой точке конструкции может быть выражено дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье. Для одномерного потока тепла, вызывающего изменение температуры в одном направлении по сечению конструкции, уравнение Фурье имеет вид:

(1.1)

где ф - время;

t - температура;

а_пр - приведенный коэффициент температуропроводности;

y - координата точки.

Чтобы решить данное уравнение, то есть найти температуру внутри конструкции в любой момент времени, надо знать распределение температуры по сечению этой конструкции в начальный момент времени. Необходимо знать геометрическую форму конструкции и закономерности теплообмена между окружающей средой и поверхностями конструкции - граничные условия.

Теплотехническим расчетом определяют и предел огнестойкости железобетонной конструкции по теплоизолирующей способности I.

Проверка по целостности E - по образованию сквозных отверстий или сквозных трещин - производится в железобетонных конструкциях из тяжелого бетона с влажностью более 3,5 %, а также при нагреве бетона в расчетном сечении выше его критической температуры.

Статический расчет обеспечивает защиту железобетонной конструкции от разрушения, а также от потери устойчивости при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима.

Статическая модель задачи определения предела огнестойкости железобетонной конструкции сводится к вычислению несущей способности нагретой конструкции. Метод решения этой задачи зависит от вида конструкции и условий ее работы.

Так, для центрально-сжатых колонн в нагретом состоянии несущую способность определяют с помощью зависимости, предложенной А.И. Яковлевым:

N_pt = ( A_bRⁿ_b + A_sR_sca ) (1.2)

где - коэффициент продольного изгиба для нагретых колонн;

А_b - площадь ядра сечения, ограниченного изотермой с критической температурой Т_кр, м²;

R_b - нормативное сопротивление бетона сжатию, Н/м²;

А_s - площадь сечения рабочей арматуры, м²;

R_sc - нормативное сопротивление рабочей продольной арматуры, Н/м²;

_a - коэффициент снижения нормативного сопротивления арматуры.

Площадь ядра сечения колонны, ограниченного изотермой с критической температурой Т_кр, и коэффициент продольного изгиба нагретой колонны определяют исходя из того, что в среднем критическая температура для бетона на гранитном щебне и песчаного бетона равна 650⁰С, а для бетона на известковом щебне равна 750⁰С. При этом под критической температурой понимают такую температуру, при которой предел прочности бетона составляет половину первоначальной.

Для более точных расчетов следует учитывать, что критическая температура бетона зависит также от размеров сечения конструкции и величины нагрузки. Статически определяемые изгибаемые элементы (однопролетные свободно лежащие плиты, панели и настилы перекрытий, балки и ригели) теряют свою несущую способность в основном за счет снижения прочности нагревающейся растянутой арматуры. Сжатые бетоны и арматура нагреваются слабо и поэтому расчет производят при условии постоянства их прочностных характеристик. Если в растянутой зоне установлена арматура из стали одного класса, то коэффициент _st, учитывающий изменение сопротивления арматурой стали при повышении температуры, может быть определен из зависимости:

; (1.3)

, (1.4)

где M_n - момент от рабочей нагрузки, Н/м²;

A'_s - сечение сжатой арматуры, м²;

Rⁿ_sc - нормативное сопротивление рабочей арматуры, Н/м²;

x_t - высота сжатой зоны, м;

a' - расстояние от сжатой грани до центра сжатой арматуры, м;

A_s - сечение растянутой арматуры, м²;

h_o - полезная высота сечения, м;

b - ширина сечения сжатого бетона, м ;

Rⁿ_b - нормативное сопротивление бетона сжатию, Н/м².

Эти зависимости справедливы при 0,5x_t a.

По вычисленному значению _s,tem определяют критическую температуру с помощью прил. 4 [6], а путем теплотехнического расчета находят время нагрева растянутой арматуры до критической температуры, которое принимается за предел огнестойкости конструкции. Аналогичным путем определяют предел огнестойкости конструкции при других условиях опирания и нагрева.



2. Характеристика здания и конструкции

2.1 Краткая характеристика здания

Производственное здание каркасного типа - каркас железобетонный.

На основании ст.26 [2] здание относится к категории Б, если одновременно выполнены следующие условия: здание не относится к категории Б и суммированная площадь помещений категорий А и Б превышает 5 процентов суммированной площади всех помещений или 200 квадратных метров. Здание категории Б.

Высота здания

Площадь этажа

Конструктивная схема здания каркасно-связевая.

2.2 Краткая характеристика строительных конструкций

2.2.1 Характеристика плиты перекрытия

Плита перекрытия многопустотная (ПК 60-15-8)

Вид бетона - тяжелый бетон, вяжущее - портландцемент М 500, заполнители - песок, известняковый щебень.

Плотность бетона - 2250 кг/м³.

Класс бетона В30.

Влажность бетона - 2%.

Расчетная нагрузка - 5 кН/м.



Рисунок 1 Плита перекрытия

Рисунок 2 Плита перекрытия в разрезе

2.2.2 Характеристика ригеля

Ригель (Р4.72). Cвободно опертый с 2-х сторон на колонны.

Вид бетона - тяжелый бетон, вяжущее - портландцемент М 500, заполнители - песок, гранитный щебень. Класс бетона В 22,5.

Плотность бетона - 2330 кг/м³.

Влажность бетона -2%.

Расчетная нагрузка - 5,2 кН/м.

Рисунок 3 Ригель



Рисунок 4 Ригель в разрезе



3. Определение требуемых пожарно-технических характеристик строительных конструкций

3.1 Определение требуемой степени огнестойкости здания

На основании п.6(табл.6.1)[3] определяем, что здание категории Б, высотой 25 метров, 4-х этажное, должно иметь степень огнестойкости не ниже III.

3.2 Определение требуемого класса конструкций пожарной опасности здания

На основании п.6 (табл.6.1) [3] определяем, что здание категории Б, высотой 25 метров, 4-х этажное, должно иметь класс конструктивной пожарной опасности С0.

3.3 Определение класса функциональной пожарной опасности здания

На основании ст.32 [2] определяем, что здание имеет класс функциональной пожарной опасности Ф5 (здания производственного или складского назначения).

3.4 Определение требуемых пожарно-технических характеристик строительных конструкций

На основании [2],определяем требуемые пожарно-технические характеристики строительных конструкций. Результаты сводим в таблицу 3.1.



Таблица 3.1

№ п/п	Наименование строительных конструкций	Предусмотрено проектом	Ссылка на нормативные документы
		ПОтр, (мин).	Ктр
1.	2.	3.	4.	5.
1.	Ригель	R45	К0	[2] Приложение Табл. 21, 22
2.	Плита перекрытия	REI45	К0	[2] Приложение Табл. 21, 22



4. Определение фактических пожарно-технических характеристик строительных конструкций

4.1 Определение фактических пожарно-технических характеристик конструкций

«Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов», составлено по результатам испытания строительных конструкций по методикам, указанным в СНиП II-2-80.

В пособии указывается огнестойкость в часах и предел распространения пламени в см., что соответствует старой пожарно-технической характеристике строительных конструкций по СНиП 2.01.02-85*.

Огнестойкость указывается в минутах, при этом указываются предельные состояния, по которым испытывается строительная конструкция (R, E, I)

R - несущая способность;

E -потеря целостности;

I - теплоизолирующая способность.

Классы пожарной опасности по [2]:

К0 - (не пожароопасные)

К1 - (мало пожароопасные)

К2 - (умеренно пожароопасные)

К3 - (пожароопасные)

Найденное время в часах переводим в минуты и указываем предельные состояния, по которым проверяются строительные конструкции, в соответствии с [2].

А) По п.2.27 (таб.8) [3] определяем предел огнестойкости плиты перекрытия:

(4.1)

(4.2)

Б)По п.2.22 (таб.2) [3] определяем предел огнестойкости ж/б ригеля:

(4.3)

Строительные конструкции из ж/б являются негорючими, поэтому указываем для всех конструкций-К0 [2].

4.2 Определение фактической огнестойкости здания

Определяем фактическую огнестойкость здания. Результаты экспертизы П.Т.Х. строительных конструкций сводим в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Фактические пожарно-технические характеристики строительных конструкций. Фактическая огнестойкость здания

№ п\п	Наименование строительной конструкции	Предусмот-рено проектом	Ссылка на нормативные документы	Максимальная СО здания, где прим. строительная констр.	Фактическая огнестойкость здания
		Пф.	Кф.	[1]	I	IV
1.	Ж\б ригель	R120	К0
2.	Ж\б плита перекрытия	REI54	К0	[1]	II



5. Определение фактических пределов огнестойкости конструкций с помощью расчетных методов

5.1 Расчет предела огнестойкости ж/б плиты перекрытия

строительный конструкция железобетонный пожар

При решении статической задачи сечение многопустотных железобетонных плит (рис. 5.1.) приводят к расчетному - тавровому сечению (рис. 5.2)

Рис. 5.1 Сечение многопустотной железобетонной плиты: b - ширина плиты; h - толщина плиты; A_s - суммарное сечение арматуры; d_пустот - диаметр пустот

Рис. 5.2 Тавровое сечение изгибаемого элемента

если х_tem h^' : b - ширина плиты; h - толщина плиты; а - толщина защитного слоя бетона с учётом толщины стержня; h_o- толщина плиты, учитываемая при расчете по нагрузкам при изгибе; h_f приведенная толщина полки; A_s - суммарное сечение арматуры; Уb_p - расчетная ширинa плиты; x_tem - высота сжатой зоны бетона в предельном состоянии

Находим расчетные параметры плиты:

5.1.1 Рассчитываем приведенную толщину полки

Рассчитаем толщину защитного слоя бетона с учётом толщины стержня а:

(5.1)

где: а_l - толщина защитного слоя бетона;

d - диаметр стержня арматуры.

Рассчитаем приведенную толщину полкиh_f:

(5.2)

где h - толщина плиты (мм);

d_пустот- диаметр пустот плиты (мм).

5.1.2 Рассчитываем толщину плиты, учитываемую при расчете по нагрузкам на изгиб

(5.3)

где h - толщина плиты (мм);

а - расстояние от края плиты до середины стержня арматуры (мм).

Определим расчетную ширину плиты Уb_p:

(5.4)

где b - ширина плиты;

Уd_пустот - сумма диаметров всех пустот плиты.

5.1.3 Расчет максимального изгибающего момента плиты и расчетные сопротивления бетона и арматуры

Найдем максимальный изгибающий момент M_n:

(5.5)

(5.6)

где q_n - нормативная нагрузка равномерно распределённая, МПа;

l₀ - расчётная длина плиты (мм).

Найдем расчетные сопротивления в зависимости от класса бетона R_bu:

(5.7)

где R_bn - нормативная нагрузка по бетону [2](прил. 10);

г_b= 0,83 - коэффициент надёжности по бетону.

Найдем расчетные сопротивления для арматуры:

(5.8)

где R_n - нормативная нагрузка по арматуре (прил. 11);

г_s= 0,9 - коэффициент надёжности по арматуре.

Суммарное сечение:

(5.9)



5.1.4 Расчет высоты сжатой зоны бетона в предельном состоянии x_tem, если x_tem ? h_f

(5.10)

где h_o - толщина плиты, учитываемая при расчете по нагрузкам на изгиб;

M_n - максимальный изгибающий момент;

R_bu - расчетные сопротивления в зависимости от класса бетона;

h_f-приведенная толщина полки;

b_f, b'_f - ширина полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зонах;

принимаемb_f, b'_f= b - ширине плиты.

5.1.5 Расчет напряжения в растянутой зоне железобетонной плиты _stem

(5.11)

где = b - ширина плиты;

х_tem - высота сжатой зоны бетона в предельном состоянии;

R_bu - расчетные сопротивления в зависимости от класса бетона;

A_s - суммарное сечение арматуры.



5.1.6 Найдем коэффициент снижения надежности прочности по арматуре _stem при прогреве

(5.12)

где _stem - напряжения в растянутой зоне железобетонной плиты;

R_su - расчетные сопротивления для арматуры.

Расчет критической температуры t_cr.

По приложению 4 [5]методом линейной интерполяции определяем t_scr:

г=0,11 t_cr=650 ?C

г=0,126 t_cr - ?

г=0,23t_cr=600 ?C

С помощью метода интерполяции находим t_cr:

(5.13)

5.1.7 Определение значения функции ошибок Гаусса

(5.14)

где t_scr- критическая температура арматуры, ⁰С;

t_H- начальная температура, ⁰С.

По прил. 1[6] найдем Х.



5.1.8 Расчет фактического предела огнестойкости для плиты со сплошным сечением

(5.15)

где d - диаметр арматурного стержня, м;

К₁- коэффициент, учитывающий влияние массы металла стержня на его прогрев при различных плотностях бетонах (прил. 3);

К - коэффициент, учитывающий среднюю плотность бетона (по прил. 2);

a - толщина защитного слоя бетона, м;

а_red - приведенный коэффициент температуропроводностипри температуре 450 ⁰С.

Приведенный коэффициент температуропроводностиа_red определяется по формуле

(5.16)

где w_B- весовая эксплуатационная влажность бетона, %;

- средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³(4.18)

- плотность бетона по заданию, кг/м³;

_tem- средний коэффициент теплопроводности (Вт/м^.0С);

С_tem- средний коэффициент теплоемкости (кДж/кг^.0С).

По прил. 13[6]находим _tem и С_tem. - расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона при 450 °С.

- плотность сухого бетона, кг/м³.

Согласно п.2.27[6] рассчитанное значение ф необходимо умножить на коэффициент 0,9, учитывающий более быстрый прогрев арматуры в многопустотных и ребристых с рёбрами вверх панелях и настилах.

ф = 200·0,9 = 180 (мин);

Таким образом, плита перекрытия имеет фактический предел огнестойкости REI 180.

5.2 Расчет предела огнестойкости ж/б ригеля

При обогреве балки с трех сторон размеры сжатой зоны бетона уменьшаются по высоте в основном за счет деформаций растянутой арматуры до величины x_tem в момент предельного состояния конструкции, а по ширине - за счет потери прочности наружными слоями бетона д_x,tem. В результате прогрева сжатой арматуры ее сопротивление уменьшается по сравнению с первоначальным R_sn на величину коэффициента снижения прочности _{s tem.}

При решении статической задачи расчета огнестойкости железобетонной балки (ригеля) (рис. 5.3) составляется схема распределения расчетной нагрузки (рис. 5.4) и расчетная схема ригеля (рис.5.5).



Рис. 5.3 Сечение железобетонного ригеля: b - ширина нижнего ребра таврового сечения; b^| - ширина верхнего ребра таврового сечения; h - толщина ригеля; h^| расстояние от полки ригеля до верхнего ребра; As - суммарное сечение нижней арматуры; As^| - суммарное сечение верхней арматуры; а, a^|, a^|| - толщина защитного слоя бетона в разных участках ригеля g_р

Размещено на http://www.allbest.ru/



5.4 Распределение расчетной нагрузки g_р

Рис. 5.5 Расчетная схема ригеля:: b - ширина нижнего ребра таврового сечения; h_o - рабочая высота сечения; h_p - высота прогретой зоны; As - суммарное сечение нижней арматуры; As^| - суммарное сечение верхней арматуры; а, a^|| - толщина защитного слоя бетона в разных участках ригеля; x_tem - высота сжатой зоны бетона в предельном состоянии

5.2.1 Расчетные данные для составления расчетной схемы

Определяем толщину защитного слоя бетона с учётом толщины стержня a₁:

(5.17)

где: а - толщина защитного слоя бетона;

d - диаметр стержня арматуры

5.2.2 Расчет сопротивления бетона и арматуры

Расчетное сопротивление бетона по прочности при сжатии определяется по следующему уравнению:

(5.18)

где R_bn - нормативное значение сопротивления бетона по прочности при сжатии, Мпа.

_b- коэффициент надёжности по бетону.

Расчетное сопротивление растяжения арматуры определяется по следующему уравнению:

(5.19)

где R_sn - нормативное значение сопротивления растяжения арматуры, МПа;

_s - коэффициент надёжности по арматуре, равный 0,9.

Рассчитываем R_su для нижней арматуры и R_su^| для верхней арматуры.

5.2.3 Расчет изгибающего момента от действия нормативной нагрузки

Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки определяется из следующего выражения:

где g_n - нормативная нагрузка, кН/м. Она равна:

где g_р- расчётная нагрузка, кН/м (по заданию);

?_о - длина ригеля, м.

5.2.4 Определение требуемого предела огнестойкости по ФЗ № 123

По ранее найденной степенью огнестойкости здания определяем требуемый предел огнестойкости ригеля по табл.1.1. или табл. 21 [2] в минутах.

Требуемый предел огнестойкости =15 мин

5.2.5 Определение коэффициентов относительной избыточной температуры по осям ОХ и ОY

По требуемому пределу огнестойкости ригеля определяем коэффициенты относительной избыточной температуры по осям ОХ и ОY для времени воздействия пламени в минутах.

Коэффициенты относительной избыточной температуры по осям ОХ и ОY для времени воздействия пламени ( мин) равному требуемому пределу огнестойкости ригеля определяются по следующим выражениям:

по оси ОХ:

(5.20)

(5.21)

ГдеK - коэффициент учитывающий среднюю плотность бетона

а =0,040(м) - по заданию;

b =45 (мин) = 2700 (сек) (п. 3);

ф = 0,18 (мин) - по заданию.

(5.22)

где К - коэффициент, учитывающий среднюю плотность бетона, (с^1/2) (приложение 2 [6]);

а_red - приведенный коэффициент температуропроводности, м²/c (приложение 9 [6]);

ф - время воздействия пламени (сек) (п. 4);

a^|| - толщина защитного слоя бетона ригеля в направлении действия высокой температуры - по заданию, м;

(5.23)

Затем определяем значения Гауссового интеграла ошибок erf (X) по приложению 1[6].

5.2.6 Расчет температур прогретых стержней

Расчет производится по уравнению:

(5.24)

где, t_sx - температура прогретых стержней по оси x, ^oC;

t_sy - температура прогретых стержней по оси y, ^oC;

t_n - нормальная температура (20^oC);

_x - коэффициент относительной избыточной температуры по оси ОХ;

N_so - продольное напряжение в нижней арматуре, кН;

h_p - высота прогретой зоны.

Выбираем для дальнейших расчетов наибольшую температуру прогретых стержней и обозначаем ее t_s.

Сравниваем расчетные значения коэффициента г _{s, tem}, учитывающего снижение расчетного (R _su, R _scu ) сопротивления арматурных сталей в зависимости от температуры их нагрева в напряженном состоянии с полученным значением t_s температуры прогретых стержней по приложению 4 [6].

Так как t_s t_{cr s tem}=1 (приложение 4 [6]), то расчет предела огнестойкости ригеля продолжается.

Записываем полученный _{s tem.}

5.2.7 Расчет продольного напряжения в арматуре

Расчет продольного напряжения проводится для нижней и верхней арматур.

Продольное напряжение N_so (кН) в нижней арматуре рассчитывается по формуле:

N_so=_{s tem} R_su A_s (кН), (5.25)

где _{s tem} - коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления арматурных сталей в зависимости от температуры их нагрева в напряженном состоянии (п. 6);

R_su - расчетное значение сопротивления растяжения для нижней арматуры, МПа;

A_s - суммарное сечение нижней арматуры, мм². А_s=, где d - диаметр стержня нижней арматуры, мм;

N_so=1^.433,3^.(3,14^.(14²) ) /2=87,1 кН (5.26)

Продольное напряжение N^|_so (кН) в верхней арматуре рассчитывается по формуле:

N'_so = R_su^| As^| (кН),

где R_su^| - расчетное значение сопротивления растяжения для верхней арматуры, МПа;

As^| - суммарное сечение верхней арматуры. As^| =, где d^| - диаметр стержня нижней арматуры, мм².

N'_so=1^.433,3^.(3,14^.(14/2)²)=87,1 кН (5.27)

5.2.8 Определение высоты сжатой зоны

Высота сжатой зоны (Х_tem) определяется из равенства:

(5.28)

где b^| - ширина верхней части ригеля ;

R_bu - расчетное сопротивление бетона по прочности при сжатии, МПа;

N^|_so - продольное напряжение в верхней арматуре, кН;

N_so - продольное напряжение в нижней арматуре, кН;

h_p - высота прогретой зоны.

Х_tem=0,0466

Сравниваем высоту сжатой и прогретой зон:

0,0466 h_p=450 мм, то продолжаем расчет.

5.2.9 Определение расчетного момента в ригеле

Расчетный момент в ригеле (М_pt) находится из выражения:

(5.29)

где R_bu - расчетное сопротивление бетона по прочности при сжатии, МПа;

а - расстояние от нижнего края ригеля до нижней арматуры, м;

а'-расстояние от верхнего края ригеля до верхней арматуры, м;

h - толщина ригеля, м;

Х_tem - высота сжатой зоны, м;

N^|_so - продольное напряжение в верхней арматуре, кН;

b - ширина нижнего ребра таврового сечения, м.

М_pt=26,5^.10^3.0,565^.0^.(0,45-0/2-0,045)+87,1^.(0,45-0,010-0,045)=34,4 кН^.м (5.30)

5.2.10 Сравнение расчетного момента от прогрева М_pt и нормативного момента, действующего на ригель от нормативных нагрузок

М_pt> М_n (30,3 кН^.м>23,2 кН^.м),т.е. ПО_ф>ПО_тр

Таким образом, ригель соответствует требованиям.

Так как предел огнестойкости фактический ПО_ф больше предела огнестойкости требуемого ПО_тр (ПО_ф ПО_тр) то для определения более точного предела огнестойкости ригеля задаются новым временем воздействия огня на ригель и повторяют расчет. Обычно принимают временем воздействия огня на ригель и повторяем расчет при других временах воздействия огня на ригель. Выбираем время воздействия =120 мин и =200мин.

=120 мин

-время воздействия пламени (сек) (п.4); =120^.60=7200сек

(5.31)

(5.32)

t_sx= t_sy=1250-1230.0,6295=476 ^oC (5.33)

Так как t_s > t_{cr s tem}<1

_{s tem}=(476-450)^.(0,98-0,79)/(450-500)+0,98=0,88 (5.34)

N_so= N'_so=0,88^.433,3^.(3,14^.(16/2)²)=76,7 кН (5.35)

(5.36)

М_pt> М_n (30,3 кН^.м>23,2 кН^.м),т.е. ПО_ф>ПО_тр

=200мин

-время воздействия пламени (сек) (п.4); =200^.60=12000сек

(5.37)

(5.38)

t_sx= t_sy=1250-1230.0,5121=620 ^oC

Так как t_s > t_{cr s tem}<1

_{s tem}=(620-600)^.(0,46-0,30)/(600-650)+0,46=0,396 (5.39)

N_so= N'_so=0,396^.433,3^.(3,14^.(16/2)²)=34,5кН (5.40)

(5.41)

М_pt< М_n (13,6 кН^.м<23,2 кН^.м),т.е. ПО_ф<ПО_тр.

Из полученных данных огнестойкости при промежуточных значениях ПО_ф строим график зависимости расчетного момента от прогрева М_pt от времени воздействия огня на ригель и определяем по графику точное значение ПО_ф, подставляя требуемый предел огнестойкости ригеля.

Рис. 5.6 График зависимости расчетного момента от времени огневого воздействия



Таблица 6.1

Фактические пожарно-технические характеристики строительных конструкций. Фактическая огнестойкость здания

№ п/п	Наименование строительных конструкций	В соответствии с пособием	Требуется по нормам	Ссылка на нормативные документы	Вывод о соответствии
		Пф	Кф	Птр	Ктр
1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.
1.	Ригель	R150	К0	R45	К0	[2]	Соответствует
2.	Плита перекрытия	REI 200	К0	RЕI 45	К0		Соответствует

Инженерно-технические решения, направленные на увеличение огнестойкости строительных конструкций, не соответствующих требованиям противопожарных норм.

По результатам экспертизы строительных конструкций выявлено, что плита перекрытия и ригель соответствуют требованиям [1],поэтому для повышения их пределов огнестойкости никаких мероприятий предлагать не надо.



6. Мероприятия направленные на увеличение огнестойкости строительных конструкций

Воздействие огня на бетон зависит от температуры и продолжительности ее действия, а также от таких характеристик бетона, как тип цемента, водо - цементное отношение, расход цемента, тип заполнителя, и толщина защитного слоя бетона. Для легко армированных железобетонных панелей значительное влияние оказывает толщина панели и градиент температур.

Для расширения пределов огнестойкости бетона и железобетона могут быть использованы огнезащитные плиты на основе минеральных волокон, керамзита, вермикулита и перлита, обмазки, штукатурки и вспучивающиеся краски. По результатам экспертизы выявлено, что все строительные конструкции, а именно плита перекрытия и ригель, соответствуют требуемым пожарно-техническим характеристикам.

Увеличения огнестойкости строительных конструкций не требуется.



Библиографический список

1. Федеральный закон от 21.12.1994 N 69-ФЗ «О пожарной безопасности».

2. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".

3. СП 2.1.13130.2009.Обеспечение огнестойкости объектов защиты.

4. Демехин, В.Н. Здания сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебник / В.Н. Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина и др./ Под ред. И.Л. Мосалкова. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 656 с.

5. Акулова М.В., Щепочкина Ю.А., Емелин В.Ю., Павлов Е.А.Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных конструкций: учебно-методическое пособие для курсантов очной формы обучения и слушателей заочной формы обучения по специальности 280104.65 «Пожарная безопасность». Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2011. 103 с.

6. Акулова М.В., Потемкина О.В., Емелин В.Ю., Павлов Е.А., Бариев А.Р. Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных конструкций. Методические рекомендации и задания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» для курсантов очной формы обучения и слушателей заочной формы обучения по специальности 280104.65 «Пожарная безопасность». Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2010. 35 с.

Размещено на Allbest.ru

...