Визначення меж вогнестійкості будівельних конструкцій

Визначення межі вогнестійкості залізобетонних конструкцій

Вихідні дані для залізобетонної плитиперекриття наведено у таблиці 1.2.1.1

Вид бетону - легкий бетон щільністю = 1600 кг/м3 з великим заповнювачем з керамзиту; плити багатопустотні, з круглими порожнечами, кількість порожнеч - 6 шт, спирання плит - по обидва боки.

1) Ефективна товщина багатопустотної плити tеф для оцінки межі вогнестійкості за теплоізолюючою здатністю згідно з п. 2.27 Посібники до СНиП II-2-80 (Вогнестійкість):

2) Визначаємо за табл. 8 Допомога межа вогнестійкості плити по втраті теплоізолюючої здатності для плити з легкого бетону з ефективною товщиною 140 мм:

Межа вогнестійкості плити 180 хв.

3) Визначимо відстань від поверхні плити, що обігрівається, до осі стрижневої арматури:

4) За таблицею 1.2.1.2 (табл. 8 Посібники) визначаємо межу вогнестійкості плити за втратою несучої здатностіпри а = 40 мм, для легкого бетону при спиранні з обох боків.

Таблиця 1.2.1.2

Межі вогнестійкості залізобетонних плит

Шукана межа вогнестійкості 2 години або 120 хв.

5) Згідно з п. 2.27 Посібники для визначення межі вогнестійкості пустотних плитзастосовується понижувальний коефіцієнт 0,9:

6) Визначаємо повне навантаження на плит, як сума постійного та тимчасового навантажень:

7) Визначаємо відношення довготривалої частини навантаження до повного навантаження:

8) Поправочний коефіцієнт по навантаженню згідно з п. 2.20.

9) За п. 2.18 (ч. 1 б) Посібники приймаємо коефіцієнт для арматури

10) Визначаємо межу вогнестійкості плити з урахуванням коефіцієнтів по навантаженню та арматурі:

Межа вогнестійкості плити за несучою здатністю становить

Виходячи з результатів отриманих у ході розрахунків ми отримали, що межа вогнестійкості залізобетонної плити по несучій здатності 139 хв., а по теплоізолюючій здатності 180 хв. Необхідно брати найменшу межу вогнестійкості.

Висновок: межа вогнестійкості залізобетонної плити REI 139

Визначення меж вогнестійкості залізобетонних колон

Вид бетону - важкий бетон щільністю = 2350 кг/м3 з великим заповнювачем з карбонатних порід (вапняк);

У таблиці 1.2.2.1 (табл. 2 Посібники) наведено значення фактичних меж вогнестійкості (ПОф) залізобетонних колонз різними характеристиками. При цьому ПЗ визначається не за товщиною захисного шару бетону, а по відстані від поверхні конструкції до осі робочого арматурного стрижня (), яке включає крім товщини захисного шару ще й половину діаметра робочого арматурного стрижня.

1) Визначаємо відстань від поверхні, що обігрівається колони до осі стрижневої арматури за формулою:

2) Згідно з п. 2.15 Допомога для конструкцій з бетону з карбонатним заповнювачем розмір поперечного перерізудопускається зменшувати на 10 % за тієї ж межі вогнестійкості. Тоді ширину колони визначимо за такою формулою:

3) За таблицею 1.2.2.2 (табл. 2 Допомога) визначаємо межу вогнестійкості для колони з легкого бетону з параметрами: b = 444 мм, а = 37 мм при обігріві колони з усіх боків.

Таблиця 1.2.2.2

Межі вогнестійкості залізобетонних колон

Шукана межа вогнестійкості знаходиться в інтервалі між 1,5 год і 3 год. Для визначення межі вогнестійкості застосовуємо метод лінійної інтерполяції. Дані наведені у таблиці 1.2.2.3

Найпоширеніший матеріал у
будівництві - це залізобетон. Він поєднує в собі бетон та сталеву арматуру,
раціонально укладену в конструкції для сприйняття розтягуючих та стискаючих
зусиль.

Бетон добре пручається стиску і
гірше – розтягнення. Ця особливість бетону несприятлива для згинання та
розтягнуті елементи. Найбільш поширеними елементами будівлі, що згинаються
є плити та балки.

Для компенсації несприятливих
процесів бетону, конструкції прийнято армувати сталевою арматурою. Армують
плити зварними сітками, що складаються з стрижнів, розташованих у двох взаємно
перпендикулярних напрямках. Сітки укладають у плитах таким чином, що
стрижні їхньої робочої арматури розташовувалися вздовж прольоту і сприймали
розтягувальні зусилля, що виникають у конструкціях при згині під навантаженням,
відповідно до епюри згинальних навантажень.

У
умовах пожежі плити піддаються впливу високої температури знизу,
зменшення їхньої несучої здатності відбувається в основному за рахунок зниження
міцності розтягнутої арматури, що нагрівається. Як правило, такі елементи
руйнуються в результаті утворення пластичного шарніру в перерізі з
максимальним згинальним моментом за рахунок зниження межі міцності
розтягненої арматури, що нагрівається, до величини робочих напруг в її перерізі.

Забезпечення пожежної
безпеки будівлі вимагає посилення вогнестійкості та вогнебезпеки
залізобетонних конструкцій. Для цього використовуються такі технології:

• армування плит проводити
  тільки в'язаними чи звареними каркасами, а не окремими стрижнями розсипом;
• щоб уникнути витріскування поздовжньої арматури при її нагріванні в
  час пожежі необхідно передбачити конструктивне армування хомутами або
  поперечними стрижнями;
• товщина нижнього захисного шару бетону перекриття має бути
  достатньою для того, щоб він прогрівався не вище 500 ° С і після пожежі не
  впливав на подальшу безпечну експлуатаціюконструкції.
  Дослідженнями встановлено, що при нормованій межі вогнестійкості R=120, товщина
  захисного шару бетону має бути не менше 45 мм, при R=180 - не менше 55 мм,
  при R=240 – не менше 70 мм;
• у захисному шарі бетону на глибині 15–20 мм з боку нижньої
  поверхні перекриття слід передбачити противідкільну арматурну сітку
  із дроту діаметром 3 мм із розміром осередку 50–70 мм, що знижує інтенсивність
  вибухоподібного руйнування бетону;
• посилення приопорних ділянок тонкостінних перекриттів поперечної
  арматурою, що не передбачена звичайним розрахунком;
• збільшення межі вогнестійкості за рахунок розташування плит,
  оперти за контуром;
• застосування спеціальних штукатурок (з використанням азбесту та
  перліту, вермікуліту). Навіть за малих величин таких штукатурок (1,5 — 2 см)
  вогнестійкість залізобетонних плит збільшується у кілька разів (2 – 5);
• збільшення межі вогнестійкості за рахунок підвісної стелі;
• захист вузлів та зчленувань конструкцій шаром бетону з необхідним
  межею вогнестійкості.

Ці заходи забезпечать належну протипожежну безпекубудівлі.
Залізобетонна конструкція набуде необхідної вогнестійкості і
вогнебезпека.

Використовувана література:
1.Будинки та споруди, та їх стійкість
під час пожежі. Академія ДПС МНС Росії, 2003
2. МДС 21-2.2000.
Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості залізобетонних конструкцій.
- М.: ГУП «НДІЖБ», 2000. - 92 с.

Залізобетонні конструкції завдяки їх негорючості та порівняно невеликій теплопровідності досить добре опираються впливу агресивних факторів пожежі. Однак вони не можуть безмежно чинити опір пожежі. Сучасні залізобетонні конструкції, як правило, виконують тонкостінними, без монолітного зв'язку з іншими елементами будівлі, що обмежує їхню здатність здійснювати свої робочі функції в умовах пожежі до 1 години, а іноді й менше. Ще меншою межею вогнестійкості мають зволожені залізобетонні конструкції. Якщо підвищення вологості конструкції до 3,5% збільшує межу вогнестійкості, то подальше підвищеннявологості бетону щільністю понад 1200 кг/м 3 при короткочасній дії пожежі може спричинити вибух бетону та швидке руйнування конструкції.

Межа вогнестійкості залізобетонної конструкції залежить від розмірів її перерізу, товщини захисного шару, виду, кількості та діаметра арматури, класу бетону та виду заповнювача, навантаження на конструкцію та схеми її спирання.

Межа вогнестійкості конструкцій, що захищають по прогріву - протилежної вогню поверхні на 140 ° С (перекриття, стіни, перегородки) залежить від їх товщини, виду бетону і його вологості. Зі збільшенням товщини та зменшенням щільності бетону межа вогнестійкості зростає.

Межа вогнестійкості за ознакою втрати несучої здатності залежить від виду та статичної схеми спирання конструкції. Однопрогонові вільно оперті згинальні елементи (балкові плити, панелі та настили перекриттів, балки, прогони) при дії пожежі руйнуються внаслідок нагрівання подовжньої нижньої робочої арматури до граничної критичної температури. Межа вогнестійкості цих конструкцій залежить від товщини захисного шару нижньої робочої арматури, класу арматури, робочого навантаження та теплопровідності бетону. У балок і прогонів межа вогнестійкості залежить від ширини перерізу.

При одних і тих конструктивних параметрах межа вогнестійкості балок менше, ніж плит, так як при пожежі балки обігріваються з трьох сторін (з боку нижньої і двох бічних граней), а плити - тільки з боку нижньої поверхні.

Найкращою арматурною сталлю з погляду вогнестійкості є сталь класу А-ІІІ марки 25Г2С. Критична температура цієї сталі на момент настання межі вогнестійкості конструкції, завантаженої нормативним навантаженням, становить 570°С.

Вироблені заводами великопустотні попередньо напружені настили з важкого бетону захисним шаром 20 мм та стрижневою арматурою зі сталі класу А-IV мають межу вогнестійкості 1 год, що дозволяє використовувати дані настили у житлових будинках.

Плити та панелі суцільного перерізу із звичайного залізобетону при захисному шарі 10 мм мають межі вогнестійкості: арматура із сталі класів А-Iта А-II - 0,75 год; А-III (марки 25Г2С) – 1 год.

У ряді випадків тонкостінні згинальні конструкції (пустотні та ребристі панелі та настили, ригелі та балки при ширині перерізу 160 мм і менше, що не мають вертикальних каркасів біля опор) при дії пожежі можуть руйнуватися передчасно по косому перерізу у опор. Такий характер руйнування запобігають шляхом встановлення на приопорних ділянках даних конструкцій вертикальних каркасів завдовжки не менше ніж 1/4 прольоту.

Плити, оперті по контуру, мають межу вогнестійкості значно вище, ніж прості елементи, що згинаються. Ці плити армовані робочою арматурою у двох напрямках, тому їхня вогнестійкість залежить додатково від співвідношення арматури в короткому і довгому прольотах. У квадратних плит, Що мають дане співвідношення, рівне одиниці, критична температура арматури при настанні межі вогнестійкості становить 800°С.

Зі збільшенням співвідношення сторін плити критична температура зменшується, отже, знижується і межа вогнестійкості. При співвідношеннях сторін понад чотири межі вогнестійкості практично дорівнює межі вогнестійкості плит, опертих по двох сторонах.

Статично невизначені балки та балкові плити при нагріванні втрачають несучу здатність внаслідок руйнування опорних та прогонових перерізів. Перерізи в прольоті руйнуються в результаті зниження міцності нижньої поздовжньої арматури, а опорні перерізи - внаслідок втрати міцності бетону в нижній стиснутій зоні, що нагрівається до високих температур. Швидкість прогріву цієї зони залежить від розмірів поперечного перерізу, тому вогнестійкість статично невизначених балкових плит залежить від їхньої товщини, а балок – від ширини та висоти перерізу. При великих розмірах поперечного перерізу межа вогнестійкості конструкцій, що розглядаються значно вище, ніж статично визначуваних конструкцій (однопрогонові вільно оперті балки і плити), і в ряді випадків (у товстих балкових плит, у балок, що мають сильну верхню опорну арматуру) практично не залежить від товщини захисного шару у подовжньої нижньої арматури.

Колони. Межа вогнестійкості колон залежить від схеми застосування навантаження (центральне, позацентрове), розмірів поперечного перерізу, відсотка армування, виду великого заповнювача бетону та товщини захисного шару у поздовжньої арматури.

Руйнування колон при нагріванні відбувається внаслідок зниження міцності арматури та бетону. Позацентрове застосування навантаження зменшує вогнестійкість колон. Якщо навантаження прикладена з великим ексцентриситетом, то вогнестійкість колони залежатиме від товщини захисного шару розтягнутої арматури, тобто. характер роботи таких колон при нагріванні такий самий, як і простих балок. Вогнестійкість колони з малим ексцентриситетом наближається до вогнестійкості центрально-стислих колон. Колони з бетону на гранітному щебені мають меншу вогнестійкість (на 20%), ніж колони на вапняному щебені. Це пояснюється тим, що граніт починає руйнуватися при температурі 573°С, а вапняки починають руйнуватися при температурі початку їх випалу 800°.

Стіни. При пожежах, як правило, стіни обігріваються з одного боку і тому прогинаються або у бік пожежі, або у зворотному напрямку. Стіна з центрально-стиснутої конструкції перетворюється на позацентрово стиснуту з ексцентриситетом, що збільшується в часі. У цих умовах вогнестійкість несучих стінзначною мірою залежить від навантаження та від їхньої товщини. Зі збільшенням навантаження та зменшенням товщини стіни її межа вогнестійкості зменшується, і навпаки.

Зі збільшенням поверховості будівель навантаження на стіни зростає, тому для забезпечення необхідної вогнестійкості товщину несучих поперечних стін у житлових будинках приймають рівною (мм): у 5... 9-поверхових будинках - 120, 12-поверхових - 140, 16-поверхових - 160 , у будинках висотою понад 16 поверхів – 180 і більше.

Одношарові, двошарові та тришарові самонесучі панелі зовнішніх стін піддаються дії невеликих навантажень, тому вогнестійкість цих стін зазвичай задовольняє протипожежні вимоги.

Несуча здатність стін при дії високої температури визначається не тільки зміною характеристик міцності бетону і сталі, але головним чином деформативністю елемента в цілому. Вогнестійкість стін визначається, як правило, втратою несучої здатності (руйнуванням) у нагрітому стані; ознака обігріву "холодної" поверхні стіни на 140 ° С не є характерним. Межа вогнестійкості залежить від робочого навантаження (запасу міцності конструкції). Руйнування стін від одностороннього впливу відбувається за однією з трьох схем:

• 1) з незворотним розвитком прогину у бік поверхні, що обігрівається стіни і її руйнуванням в середині висоти по першому або другому випадку позацентрового стиску (по нагрітій арматурі або "холодному" бетону);
• 2) з прогином елемента на початку у бік нагрівання, а на кінцевій стадії у протилежному напрямку; руйнування - у середині висоти по нагрітому бетону або по "холодній" (розтягнутій) арматурі;
• 3) зі змінного напрямку прогину, як і в схемі 1, але руйнування стіни відбувається в приопорних зонах по бетону холодної поверхні або по косих перерізах.

Перша схема руйнування характерна для гнучких стін, друга і третя - для стін із меншою гнучкістю та платформно опертих. Якщо обмежити свободу повороту опорних перерізів стіни, як це має місце при платформному опиранні, зменшується деформативність і тому межа вогнестійкості збільшується. Так, платформне опирання стін (на площині, що не зміщуються) збільшувало межу вогнестійкості в середньому в два рази в порівнянні з шарнірним опиранням незалежно від схеми руйнування елемента.

Зменшення відсотка армування стінок при шарнірному опиранні знижує межу вогнестійкості; при платформному ж опиранні зміна у нормальних межах армування стін з їхньої вогнестійкість мало впливає. При нагріванні стіни одночасно з двох сторін ( міжкімнатні стіни) у неї не виникає температурного прогину, конструкція продовжує працювати на центральне стиск і тому межа вогнестійкості не нижче, ніж у разі одностороннього обігріву.

Основні принципи розрахунку вогнестійкості залізобетонних конструкцій

Вогнестійкість залізобетонних конструкцій втрачається, як правило, внаслідок втрати несучої здатності (обвалення) за рахунок зниження міцності, теплового розширення та температурної повзучості арматури та бетону при нагріванні, а також внаслідок прогріву не зверненої до вогню поверхні на 140° С. За цими показниками - межу вогнестійкості залізобетонних конструкцій може бути знайдено розрахунковим шляхом.

У загальному випадку розрахунок складається з двох частин: теплотехнічної та статичної.

У теплотехнічній частині визначають температуру перерізу конструкції в процесі її нагрівання за стандартним температурним режимом. У статичній частині обчислюють несучу здатність (міцність) нагрітої конструкції. Потім будують графік (рис. 3.7) зниження її несучої здатності у часі. У цьому графіку знаходять межа вогнестійкості, тобто. час нагрівання, після якого несуча здатність конструкції знизиться до робочого навантаження, тобто. коли буде місце рівність: М рt (N рt) = М n (М n), де М рt (N рt) - несуча здатність згинається (стиснутої або позацентрово стиснутої) конструкції;

М n (М n), - згинальний момент (поздовжнє зусилля) від нормативного або іншого робочого навантаження.

ДО ПИТАННЯ ПРО РОЗРАХУНОК БЕЗБАЛОЧНИХ ПЕРЕКРИТТІВ НА Вогнестійкість

ДО ПИТАННЯ ПРО РОЗРАХУНОК БЕЗБАЛОЧНИХ ПЕРЕКРИТТІВ НА Вогнестійкість

В.В. Жуков, В.М. Лаврів

Стаття опублікована у виданні «Бетон та залізобетон – шляхи розвитку. Наукові праціДругий Всеросійської (Міжнародної) конференції по бетону і залізобетону. 5-9 вересня 2005 р. Москва; У 5 томах. НИИЖБ 2005, Том 2. Секційні доповіді. Секція «Залізобетонні конструкції будівель та споруд»., 2005.»

Розглянемо розрахунок межі вогнестійкості безбалочного перекриття з прикладу, який часто зустрічається у практиці будівництва. Безбалочне залізобетонне перекриття має товщину 200 мм із бетону класу при стиску В25, армованого сіткоюз осередками 200х200 мм із арматури класу А400 діаметром 16 мм із захисним шаром 33 мм (до центру ваги арматури) у нижній поверхні перекриття та А400 діаметром 12 мм із захисним шаром 28 мм (до ц. т.) біля верхньої поверхні. Відстань між колонами 7м. У розглянутій будівлі перекриття є протипожежною перешкодою першого типу і повинно мати межу вогнестійкості по втраті теплоізолюючої здатності (I), цілісності (Е) і несучої здатності (R) REI 150. Оцінку межі вогнестійкості перекриття за існуючими документами можна визначити розрахунковим шляхом тільки за товщиною захисного шару (R) для статично визначеної конструкції, за товщиною перекриття (I) та по можливості крихкого руйнування при пожежі (Е). При цьому досить правильну оцінку дають розрахунки I і Е, а несучу здатність перекриття при пожежі як статично невизначеної конструкції можна визначити тільки розрахунком термонапруженого стану, використовуючи теорію пружно-пластичності залізобетону при нагріванні або теорію методу граничного рівноваги конструкції при дії статичної та теплової . Остання теорія є найбільш простою, так як вона не вимагає визначення напруг від статичного навантаження і температури, а тільки зусиль (моментів) від дії статичного навантаження з урахуванням зміни властивостей бетону та арматури при нагріванні до появи в статично невизначеній конструкції пластичних шарнірів при перетворенні її на механізм. У зв'язку з цим оцінка несучої здатності безбалочного перекриття при пожежі зроблена за методом граничної рівноваги, причому у відносних одиницях до несучої здатності перекриття у звичайних умовах експлуатації. Було розглянуто та проаналізовано робочі креслення будівлі, виконано розрахунки меж вогнестійкості залізобетонного безбалочного перекриття за настанням нормованих для даних конструкцій ознак граничних станів. Розрахунок меж вогнестійкості за несучою здатністю виконано з урахуванням зміни температури бетону та арматури за 2,5 години стандартних випробувань. Всі термодинамічні та фізико-механічні характеристики матеріалів конструкції, наведені в цій доповіді, прийняті на підставі даних ВНДІПО, НДІЗБ, ЦНДІБК.

МЕЖ ВОГНЕСТОЙКОСТІ ПЕРЕКРИТТЯ ПО ВТРАЦІ ТЕПЛОІЗОЛІРУЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ (I)

Практично прогрів конструкцій визначають кінцево-різносним або кінцево-елементним розрахунком з використанням ЕОМ. При вирішенні задачі теплопровідності враховують зміни теплофізичних властивостей бетону та арматури під час нагрівання. Розрахунок температур у конструкції при стандартному температурному режимівиробляють за початкової умови: температура конструкцій та зовнішнього середовища 20С. Температура середовища tс під час пожежі змінюється залежно від часу відповідно до . При розрахунку температур в конструкціях враховують конвективний Qc і променистий Qr теплообміни між середовищем, що обігрівається, і поверхнею. Розрахунок температур можна виконати, використовуючи умовну товщину шару бетону Xi*, що розглядається, від поверхні, що обігрівається . Для визначення температури в бетоні обчислюють

Визначимо за формулою (5) розподіл температури товщиною перекриття через 2,5 год пожежі. Визначимо за формулою (6) товщину перекриттів, яка необхідна для досягнення критичної температури 220С на її поверхні, що не нагрівається за 2,5 години. Ця товщина дорівнює 97 мм. Отже, перекриття товщиною 200 мм матиме межу вогнестійкості по втраті теплоізолюючої здатності не менше 2,5 годин.

МЕЖ ВОГНЕстійкості ПЛИТИ ПЕРЕКРИТТІВ ПО ВТРАЦІ ЦІЛІСНОСТІ (E)

При пожежі в будівлях та спорудах, в яких застосовуються бетонні та залізобетонні конструкції, можливе крихке руйнування бетону, що призводить до втрати цілісності конструкції. Руйнування відбувається раптово, швидко і тому є найнебезпечнішим. Крихке руйнування бетону починається, як правило, через 5-20 хв від початку вогневого впливу і проявляється, як відкол від поверхні конструкції шматків бетону, що нагрівається, в результаті в конструкції може з'явитися наскрізний отвір, тобто. конструкція може досягти передчасної вогнестійкості втратою цілісності (Е). Крихке руйнування бетону може супроводжуватися звуковим ефектом у вигляді легкої бавовни, тріску різної інтенсивності або «вибуху». При крихкому руйнуванні бетону можливий розліт шматків вагою до декількох кілограмів на відстань до 10-20 м. При пожежі найбільший вплив на крихке руйнування бетону надають: власні температурні напруги від градієнта температури по перерізу елемента, напруги від статичної невизначеності конструкцій, фільтрування пари через структуру бетону. Крихке руйнування бетону під час пожежі залежить від структури бетону, його складу, вологості, температури, граничних умов і зовнішнього навантаження, тобто. воно залежить як від матеріалу (бетону), так і від виду бетонної чи залізобетонної конструкції. Оцінку межі вогнестійкості залізобетонного перекриттяза втратою цілісності можна виконати за величиною критерію крихкої руйнації (F), який визначається за формулою, наведеною в:

МЕЖ ВОГНЕстійкості ПЕРЕКРИТТЯ ПО ВТРАЦІ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ (R)

За несучою здатністю вогнестійкість перекриття визначається також розрахунком, що допускається. Вирішується теплотехнічна та статична задачі. У теплотехнічній частині розрахунку визначають розподіл температур товщиною плити при стандартному тепловому впливі. У статичній частині розрахунку визначають несучу здатність плити при пожежі тривалістю 2,5 год. Навантаження та умови спирання приймають відповідно до проекту будівлі. Поєднання навантажень до розрахунку межі вогнестійкості розглядають як особливі. При цьому допускається не враховувати короткочасні навантаження та включати лише постійні та тимчасові тривалі нормативні навантаження. Навантаження на плиту під час пожежі визначаються за методикою НИИЖБ. Якщо розрахункова несуча здатність плити дорівнює R у нормальних умовах експлуатації, то розрахункове значеннянавантаження Р=0,95 R. Нормативне навантаження під час пожежі дорівнює 0,5R. Розрахункові опори матеріалів розрахунку меж вогнестійкості приймаються з коефіцієнтом надійності 0,83 по бетону і 0,9 по арматурі. Межа вогнестійкості залізобетонних плит перекриттів, армованих стрижневою арматурою, може наступити з причин, які необхідно враховувати: прослизання арматури на опорі при нагріванні контактного шару бетону та арматури до критичної температури; повзучості арматури та руйнування при нагріванні арматури до критичної температури. У даній будівлі застосовані монолітні залізобетонні перекриття та їх несучу здатність при пожежі визначаємо за методом граничної рівноваги з урахуванням зміни фізико-механічних властивостей бетону та арматури при нагріванні. Необхідно зробити невеликий відступ щодо можливості застосування методу граничної рівноваги для розрахунку межі вогнестійкості залізобетонних конструкцій при тепловому впливі під час пожежі. За даними «поки метод граничної рівноваги залишається в силі, межі несучої здатності зовсім не залежать від власних напруг, що фактично виникають, а отже, і від таких факторів, як температурні деформації, зміщення опор і т.д.» Але при цьому необхідно враховувати виконання наступних передумов: елементи конструкцій не повинні бути крихкими до досягнення граничної стадії, власна напруга не повинна впливати на граничні умови елементів. У залізобетонних конструкціях ці передумови застосування методу граничної рівноваги зберігаються, але для цього необхідно, щоб не було прослизання арматури в місцях утворення пластичних шарнірів і крихкого руйнування елементів конструкції до досягнення граничного стану. При пожежі найбільше нагріванняплити перекриття спостерігається знизу в зоні максимального моменту, де зазвичай утворюється перший пластичний шарнір з достатньою анкеровкою розтягнутої арматури при її значній деформативності від нагрівання для повороту в шарнірі і перерозподілу зусиль в зону опори. В останній підвищенню деформативності пластичного шарніру сприяє нагрітий бетон. «Якщо метод граничного рівноваги можна застосувати, то власні напруги (є у вигляді напруги від температури – прим. авторів) впливають на внутрішній і зовнішній межа несучої здатності конструкцій». При розрахунку методом граничної рівноваги передбачається, що на це є відповідні дослідні дані, що плита при пожежі під дією навантаження розламується на плоскі ланки, з'єднані один з одним по лініях зламу лінійними пластичними шарнірами. Використання як навантаження при пожежі частини від розрахункової несучої здатності конструкції в нормальних умовах експлуатації та однакова схема руйнування плити у звичайних умовах і при пожежі дозволяють обчислити межу вогнестійкості плити у відносних одиницях, незалежних від геометричних характеристик плити в плані. Розрахуємо межу вогнестійкості плити з важкого бетону класу за міцністю при стисканні В25 з нормативним опором при стисканні 18,5 МПа при 20°С. Арматура класу А400 із нормативним опором при розтягуванні (20С) 391,3 МПа (4000 кг/см2). Зміни міцності бетону та арматури при нагріванні приймаємо по . Розрахунок на злам окремої смуги панелей проводиться в припущенні, що в смузі панелей, що розглядається, утворюються лінійні пластичні шарніри, паралельні осі цей смузі: один лінійний пластичний шарнір в прольоті з розкриттям тріщин знизу і по одному лінійному пластичному шарніру у колон з розкриттям тріщин. Найбільш небезпечними під час пожежі є тріщини знизу, де нагрівання розтягнутої арматури значно вище, ніж у тріщинах зверху. Розрахунок несучої здатності R перекриття в цілому при пожежі провадиться за формулою:

Температура цієї арматури через 2,5 години пожежі дорівнює 503,5 С. ​​Висота стиснутої зони в бетоні плити в середньому пластичному шарнірі (в запас без урахування арматури в стислій зоні бетону).

Визначимо відповідну розрахункову здатність перекриття R3 в звичайних умовах експлуатації для перекриття товщиною 200 мм, при висоті стиснутої зони для середнього шарніра при xc = ; плечі внутрішньої пари Zc=15,8 см і висоті стиснутої зони лівого та правого шарнірів Хс = Хn=1,34 см, плечі внутрішньої пари Zx=Zn=16,53 см. Розрахункова здатність перекриття R3 товщиною 20 см при 20 С.

При цьому, природно, мають бути виконані такі вимоги: а) не менше 20% необхідної на опорі верхньої арматури проходити над серединою прольоту; б) верхня арматура над крайніми опорами нерозрізної системи заводиться на відстань не менше 0,4l у бік прольоту від опори і поступово обривається (l – довжина прольоту); в) вся верхня арматура над проміжними опорами повинна продовжуватися до прольоту не менше ніж 0,15 l.

ВИСНОВКИ

1. Для оцінки межі вогнестійкості безбалочного залізобетонного перекриття повинні бути виконані розрахунки його межі вогнестійкості за трьома ознаками граничних станів: втрати несучої здатності R; втрати цілісності E; втрати теплоізолюючої здатності I. При цьому можна використовувати такі методи: граничної рівноваги, прогріву та механіки тріщин.
2. Розрахунки показали, що для об'єкта, що розглядається, по всіх трьох граничним станаммежа вогнестійкості перекриття товщиною 200 мм з бетону класу за міцністю при стисканні В25, армованого арматурною сіткоюз осередками 200х200 мм сталлю А400 з товщиною захисного шару арматури діаметром 16 мм біля нижньої поверхні 33 мм і верхньої діаметром 12 мм - 28 мм становить не менше REI 150.
3. Дане безбалочное залізобетонне перекриття може виконувати роль протипожежної перешкоди, першого типу.
4. Оцінку мінімальної межі вогнестійкості безбалочного залізобетонного перекриття можна виконувати за методом граничної рівноваги за умов достатнього загортання розтягнутої арматури в місцях утворення пластичних шарнірів.

Література

1. Інструкція з розрахунку фактичних меж вогнестійкості залізобетонних будівельних конструкцій на основі застосування ЕОМ. - М.: ВНДІПО, 1975.
2. ГОСТ 30247.0-94. Конструкції будівельні. Методи випробувань на вогнестійкість. М., 1994. - 10 с.
3. СП 52-101-2003. Бетонні та залізобетонні конструкції без попередньої напруги арматури. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. -54 с.
4. СНіП-2.03.04-84. Бетонні та залізобетонні конструкції, призначені для роботи в умовах дії підвищених та високих температур. - М.: ЦІТП Держбуду СРСР, 1985.
5. Рекомендації щодо розрахунку меж вогнестійкості бетонних та залізобетонних конструкцій. - М.: Будвидав, 1979. - 38 с.
6. СНіП-21-01-97 * Пожежна безпекабудівель та споруд. ГУП ЦПП, 1997. - 14 с.
7. Рекомендацій щодо захисту бетонних та залізобетонних конструкцій від крихкого руйнування при пожежі. - М.: Будвидав, 1979. - 21 с.
8. Рекомендації щодо проектування багатопустотних плит перекриттів із необхідною вогнестійкістю. - М.: НИИЖБ, 1987. - 28 с.
9. Посібник із розрахунку статично невизначених залізобетонних конструкцій. - М.: Будвидав, 1975. С.98-121.
10. Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості та вогнебезпеки залізобетонних конструкцій (МДС 21-2.000). - М.: НИИЖБ, 2000. - 92 с.
11. Гвоздєв А.А.. Розрахунок несучої здатності конструкцій за методом граничної рівноваги. Видавництво будівельної літератури. - М., 1949.

Таблиця 2.18

Легкий бетон густиною? = 1600 кг/м3 з великим заповнювачем з керамзиту, плити з круглими порожнечами кількістю 6 шт., Опирання плит - вільне, по обидва боки.

1. Визначимо ефективну товщину багатопустотної плити tef для оцінки межі вогнестійкості за теплоізолюючою здатністю згідно з п. 2.27.

де - Товщина плити, мм;

• - Ширина плити, мм;
• - кількість пустот, шт.;
• - Діаметр порожнеч, мм.
• 2. Визначаємо за табл. 8 Допомога межа вогнестійкості плити по втраті теплоізолюючої здатності для плити з важкого бетону частина з ефективною товщиною 140 мм:

Межа вогнестійкості плити втратою теплоізолюючої здатності

3. Визначимо відстань від поверхні плити, що обігрівається, до осі стрижневої арматури:

де - Товщина захисного шару бетону, мм;

• - Діаметр робочої арматури, мм.
• 4. За табл. 8 Посібники визначаємо межу вогнестійкості плити за втратою несучої здатності при а = 24 мм, для важкого бетону та при спиранні по обидва боки.

Шукана межа вогнестійкості знаходиться в інтервалі між 1 год і 1,5 год, визначаємо його методом лінійної інтерполяції:

Межа вогнестійкості плити без урахування поправочних коефіцієнтів – 1,25 год.

• 5. Згідно з п. 2.27 Посібники для визначення межі вогнестійкості пустотних плит застосовується понижувальний коефіцієнт 0,9:
• 6. Визначаємо повне навантаження на плиту, як суму постійного та тимчасового навантажень:
• 7. Визначаємо відношення тривалої частини навантаження до повного навантаження:

8. Поправочний коефіцієнт по навантаженню згідно з п. 2.20.

• 9. За п. 2.18 (ч. 1 а) Допомога приймаємо коефіцієнт? для арматури А-VI:
• 10. Визначаємо межу вогнестійкості плити з урахуванням коефіцієнтів по навантаженню та арматурі:

Межа вогнестійкості плити несучої здатності становить R 98.

За межу вогнестійкості плити приймаємо менше двох значень - за втратою теплоізолюючої здатності (180 хв) і по втрати несучої здатності (98хв).

Висновок: межа вогнестійкості залізобетонної плити становить REI 98