Устойчивость зданий и сооружений. 617ПБгр., Ягодина Е.Н., Здания и сооружения (pdf.io). Курсовой проект по дисциплине здания, сооружения и их устойчивость при пожаре
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
МЧС РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ Кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине «ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПОЖАРЕ» Тема: «Проверка соответствия огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций противопожарным требованиям и предлагаемые технические решения по повышению их огнестойкости» Вариант №21 Выполнил: обучающийся третьего курсаучебной группы № 617 ПБ капитан внутренней службы Ягодина Евгения Николаевна (№группы, факультет, специальное звание, фамилия, инициалы) Руководитель: ________________________________________________________________ (должность, ученая степень, ученое звание, специальное звание, фамилия, инициалы) Дата защиты ______________________ Оценка___________________________ _________________________________ подпись руководителя Санкт-Петербург 2019 2 Кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА по теме «Проверка соответствия огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций противопожарным требованиям и предлагаемые технические решения по повышению их огнестойкости» Обучающемуся: Ягодиной Евгении Николаевне 617 ПБ учебной группы третьего курса. Содержание курсового проекта Ведение………………………………………………………………………………3 1. Исходные данные для выполнения курсового проекта……………………….4 2. Определение требований к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций здания……………………………………………..5 3. Расчет фактического предела огнестойкости металлической фермы покрытия………………………………………………………………………….7 3.1. Статистический расчет……………………………………………………7 3.2. Теплотехнический расчет………………………………………………....9 4. Расчет фактического предела огнестойкости деревянной балки покрытия...11 5. Проверка соответствия огнестойкости пожарной опасности строительных конструкций противопожарным требованиям и предлагаемые технические решения по повышению их огнестойкости…………………………………...15 6. Приложение …………………………………………………………………….17 7. Список литературы……………………………………………………………...24 Руководитель ____________________________________________________________________ должность, ученая степень, ученое звание, специальное звание, фамилия И.О. «___»____________ 2020 г. 3 Введение В современных быстро развивающихся городах и населенных пунктах, здания и инженерные сооружения, как известно, возводят из строительных конструкций, изготовленных из различных строительных материалов, многообразие которых используют еще и для отделочных работ. От того какими показателями пожарной опасности обладают эти материалы и как поведут они себя в условиях пожара будут зависеть показатели пожарной опасности и огнестойкости строительных конструкций и здания (инженерного сооружения) в целом, а следовательно, и безопасность людей, в нем находящихся при возникновении пожара. Для того, чтобы заранее спрогнозировать возможную обстановку на пожаре, обеспечить безопасность людей на случай его возникновения, быстро и грамотно его потушить, сохранив при этом здание от преждевременного обрушения, необходимо прежде всего знать пожарную опасность материалов, содержащих органические компоненты, и поведение неорганических материалов в условиях пожара. Курсовой проект охватывает основные разделы курса обучения дисциплины. В процессе работы над проектом обучающийся приобретает, систематизирует и закрепляет знания требований пожарной безопасности. Анализирует назначение и условия работы всех конструкций проектируемого здания, прорабатывает наиболее рациональные конструктивные решения с учетом технологических, монтажных и экономических требований, а также пожарной безопасности, применяет современные методы расчета строительных конструкций для определения их пределов огнестойкости. Цель освоения учебной дисциплины «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» – научить обучающихся проверке показателей пожарной опасности и огнестойкости зданий и строительных конструкций на соответствие противопожарным требованиям, а также разработке предложений по доведению их до соответствия. Курсовой проект по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» является завершающим этапом изучения дисциплины и в тоже время важной формой обучения и контроля знаний, умения и навыков обучающихся. 4 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Таблица 1 Исходные данные для первого пожарного отсека Длина здания L 1, м Ширина здания L 2, м Категория пожарной опасности здания Количество этажей 240 24 В 8 Таблица 2 Исходные данные для второго пожарного отсека Назначение Площадь , м 2 Категория склада Количество этажей Склад пенополиуретана 7400 В 1 Таблица 3 Исходные данные для фермы IIIФС24-3,85 Номе р узла Обозначение элемента Вид профиля, размеры сечения, мм Длина l, мм Марка стали Толщина соедини- тельной пластины б, мм Усилие N, кН 1 2 3 4 5 6 7 6 05 = 04 С2 L 125x10 L 90x6 3000 3085 14Г2 Вст3 пс6 10 -- "" -- -911 -120 Таблица 4 Исходные данные для деревянной балки покрытия Расчет ный пролет L, м Размеры поперечного сечения, мм Полная расчетная нагрузка на балку q, кПа Шаг балок a б, м Сорт древе сины Количест во обогревае мых сторон Длина балки, на которой произошло обрушение связей lрс,рс, м Номера узлов опирания балок и крепления элементов связи h В б 9 900 140 2,1 6 1 3 4,5 2;4 5 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ Исследуемое здание состоит из двух пожарных отсеков. Класс функциональной пожарной опасности [2] для первого пожарного отсека – Ф 5.1; для второго пожарного отсека – Ф 5.2. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания. Здание производственное, восьмиэтажное, категория пожарной опасности – В. Площадь этажа S в пределах пожарного отсека равна: S = L 1 L 2 = 240*24 = 5760 м 2 В соответствии с табл. 6.1 [2] требуемая степень огнестойкости здания – I, II но принимаем степень огнестойкости I (предъявляющаяпредъявляющая наиболее высокие требования к конструкциям); требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарного отсека здания. Здание складское, одноэтажное, категория склада – В. Площадь этажа в пределах пожарного отсека равна 7400 м 2 В соответствии с табл. 6.3 [2] требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0, С1, но принимаем класс конструктивной пожарной опасности С0 (предъявляющаяпредъявляющий наиболее высокие требования к конструкциям). Требуемую степень огнестойкости для всего здания определять не требуется, так как в связи с наличием противопожарной стены между отсеками огонь не сможет перейти из одной части здания в другую, а в случае горения всего здания пожар в каждом отсеке будет рассматриваться как отдельный. Поэтому фактические показатели огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требуемым для конструкций только тех отсеков, в которых они располагаются. В соответствии с таблицей 21 [1] выберем требуемые пределы огнестойкости к основным конструкциям здания, которые запишем в табл. 2.1. 6 Таблица 2.1. Требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций здания Степеньогнестойкостизд ания Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее Несущи е элемент ы здания Наружн ые ненесущ ие стены Перекрытия междуэтажн ые (в том числе чердачные и над подвалом) Элементы бесчердачных покрытий Лестничные клетка Настилы (в том числе с утеплителе м) Фермы , балки, прогон ы Внутренн ие стены Марши и площад ки лестниц I R 120 E 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60 IV R 15 E 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15 В соответствии с таблицей 22 [1] требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2. Требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания Класс конструктивной пожарной опасности здания Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже Несущие стержневые элементы(колонны, ригели, фермы и др.) Стены наружные с внешней стороны Стены, перегородки, перекрытия и бесчердачны е покрытия Стены лестничных клеток и противопожарные преграды Марши и площадки лестниц в лестничных клетках С0 К0 К0 К0 К0 К0 Далее будут определены фактические пределы огнестойкости основных строительных конструкций проектируемого здания, проведена проверка соответствия их требованиям норм, а также предложены мероприятия по повышению огнестойкости этих конструкций в случае несоблюдения условий пожарной безопасности. 7 3. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРТЫИЯ Высокая теплопроводность металла позволяет выполнить расчет стальных несущих конструкций по времени прогрева конструкции до критической температуры. Для каждого из элементов фермы следует определить величину критической температуры, то есть решить статическую задачу, а затем решить теплотехническую задачу по определению предела огнестойкости конструкции. 3.1. Статический расчет Расчет растянутых элементов заданного узла фермы Расчет производится из условия снижения прочности (предела текучести стали) до величины напряжения, возникающего в элементе от внешней (нормативной, рабочей) нагрузки). Рассматриваем узел 6(прил. 2, рис. 1). Растянутые элементы (в соответствии с табл. 3 исходных данных) ОТСУТСТВУЮТ. Расчет сжатых элементов заданного узла фермы В связи с выше сказанным, расчет производится по потере устойчивости (выпучивания) сжатых элементов. Этот расчет можно провести по двум методикам: • Расчет элементов на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ. • Из условия снижения модуля упругости стали до критической величины (что приводит к недопустимому прогибу элемента). Сжатыми элементами (в соответствии с табл.3 исходных данных) являются стержни О5, О6, С2. Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ Рассчитываем предел огнестойкости сжатых элементов фермы из условия устойчивости с учетом коэффициента продольного изгиба. Определим гибкость в вертикальном направлении прогиба элементов фермы: λ x(О5)) = lрс, x(i) / i x(i) = 3000/38,5 = 77,92; λ x(О6)) = lрс, x(i) / i x(i) = 3000/38,5 = 77,92; λ x(С2)) = lрс, x(i) / i x(i) = 2468/27,8 = 88,78; где lрс, x – расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм; i x – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «х» (приложение 1, таблица 4), мм. Таблица 3.1.1 Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба Направление прогиба Расчетная длина элемента, мм О5 О6 С2 8 Вертикальное lрс, x = lрс, = 3000 lрс, x = lрс, = 3000 lрс, x = 0,8lрс, = 2468 Горизонтальное lрс, y = lрс, = 3000 lрс, y = lрс, = 3000 lрс, y = lрс, = 3085 Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы: λ y(О5)) = lрс, y(i) / i y(i) = 3000/55,2 = 54,35; λ y(О6)) = lрс, y(i) / i y(i) = 3000/55,2 = 54,35; λ y(С2)) = lрс, y(i) / i y(i) = 3085/40,4 = 76,36; где lрс, y – расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм; i y – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y» » (приложение 1, таблица 4), мм. Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть: λ max(О5)) = 77,92; λ max(О6)) = 77,92; λ max(С2)) = 88,78. Коэффициент продольного изгиба φ элемента фермы принимается в зависимости от λ max (если λ max ≤ 40, то φ = 1; если λ max > 40, то φ = 0,95) и равен: для λ max(О5)) = 77,92> 40, φ (О5)) = 0,95; для λ max(О6)) = 77,92> 40, φ (О6)) = 0,95; для λ max(С2)) = 88,78> 40, φ (С2)) = 0,95; Таким образом, φ (О5)) =φ (О6)) = φ (С2)) = φ = 0,95 Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны N n(О5)) = N (i) /γ f = 911/1,2 = 759,17кН; N n(О6)) = N (i) /γ f = 911/1,2 = 759,17кН; N n(С2)) = N (i) /γ f = 120/1,2 = 100кН; Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба: γ y» tcr(О5)) = N n(i) /(A (i) * R y» n * φ) = 759,17*10 3 /(2 *24,3* 10 -4 * 325*10 6 * 0,95) = = 0,51; γ y» tcr(О6)) = N n(i) /(A (i) * R y» n * φ) = 759,17*10 3 /(2 *24,3* 10 -4 * 325*10 6 * 0,95) = = 0,51; γ y» tcr(С2)) = N n(i) /(A (i) * R y» n * φ) = 100*10 3 /(2 *10,6* 10 -4 * 245*10 6 * 0,95) = = 0,20. Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины Для расчета определим коэффициент изменения модуля упругости стали элементов фермы: 9 γ е(О5)) = (N n(i) ⋅ l 2 (i) ) / (π 2 ⋅ E n ⋅ J min(i) ) = (759,17*10 3 *(3000*10 -3 ) 2 )/(3,14 2 *2,06* 10 11 * 720,4* 10 -8 ) = 0,467; γ е(О6)) = (N n(i) ⋅ l 2 (i) ) / (π 2 ⋅ E n ⋅ J min(i) ) = (759,17*10 3 *(3000*10 -3 ) 2 )/(3,14 2 *2,06* 10 11 * 720,4* 10 -8 ) = 0,467; γ е(С2)) = (N n(i) ⋅ l 2 (i) ) / (π 2 ⋅ E n ⋅ J min(i) ) = (100*10 3 *(3085*10 -3 ) 2 )/(3,14 2 *2,06* 10 11 * 163,8* 10 -8 ) = 0,286; гдеπ = 3,14; E n – нормативное значение модуля упругости стали, равное 2,06 ⋅ 10 11 Па; J min – миниальное значение момента инерции поперечного сечения элемента, м 4 , равное: J min(О5)) = i min(i) 2 ⋅ 2A (i) = (3,85⋅ 10 -2 ) 2 ⋅ (2 ⋅24,3⋅ 10 -4 ) = 720,4⋅ 10 -8 м 4 ; J min(О6)) = i min(i) 2 ⋅ 2A (i) = (3,85⋅ 10 -2 ) 2 ⋅ (2 ⋅24,3⋅ 10 -4 ) = 720,4⋅ 10 -8 м 4 ; J min(С2)) = i min(i) 2 ⋅ 2A (i) = (2,78⋅ 10 -2 ) 2 ⋅ (2 ⋅10,6⋅ 10 -4 ) = 163,8⋅ 10 -8 м 4 ; где i min – минимальное значение радиуса инерции поперечного сечения элемента из значений i x и i y» , м. По графику (приложение 2, рисунок 5) определяем числовые значения критической температуры t cr в зависимости от величин γ y» tcr и γ e (для сжатых элементов). Полученные данные сведем в таблицу 3.1.2: Таблица 3.1.2 Значения критической температуры t cr в зависимости от величин γ y» tcr и γ e Элементы фермы Сжатые О5 О6 С2 γ y» tcr 0,51 0,51 0,20 γ e 0,467 0,467 0,286 t cr , 0 C по γ y» tcr 540 540 660 t cr , 0 C по γ e 700 700 700 Результатом статической части расчета будут являться критические температуры рассматриваемых элементов конструкции, полученные по графику (приложение 2, рисунок 5). Для теплотехнического расчета берутся минимальные значения t cr , то есть: t cr(О5) = 540 0 C; t cr(О6) = 540 0 C; t cr(С2) = 660 0 C. 3.2 Теплотехнический расчет Определим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины. Сечение элементов фермы δ пр = A / U, где А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м 2 . В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков. Размеры уголка находятся в исходных данных. 10 U – длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м (каждый уголок обогревается со всех четырех полок); U = 8b f , где b f – ширина полки уголка, м. Таким образом, δ пр = A / 8b f , м; δ пр(О5) = A (i) / 8b f(i) = (2*24,3*10 -4 )/(8*125*10 -3 ) = 4,9*10 -3 м; δ пр(О6) = A (i) / 8b f(i) = (2*24,3*10 -4 )/(8*125*10 -3 ) = 4,9*10 -3 м; δ пр(С2) = A (i) / 8b f(i) = (2*10,6*10 -4 )/(8*90*10 -3 ) = 2,9*10 -3 м; С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара (приложение 2, рисунок 6) определяемзначения времени прогрева до критической температуры, то есть утраты их несущей способности (приложение 2, рисунок 6). Найденные значения сведем в таблицу 3.2.1. Таблица 3.2.1. Время прогрева до критической температуры элементов фермы Элемент фермы О5 О6 С2 Время прогрева до критической температуры t, мин 11 11 13 Вывод: Фактический предел огнестойкости (Пф) принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть 11 мин (для элементаО5, О6). 11 4. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯ Фактический предел огнестойкости балки определяют по минимальному значению Пф, вычисленному из следующих трех расчетных условий. Первое условие – потеря прочности по нормальным напряжениям. Второе условие – потеря прочности по касательным напряжениям. Третье условие – потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания (Z) древесины, но также и от возможного выхода из) древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связей. Расчет по условию потери прочности по нормальным напряжениям Определять требования к балке по огнестойкости будем расчетным методом с учетом действующей на балку нормативной нагрузки. Нормативная нагрузка на 1 погонный метр длины балки: q n = q*a б / γ f = 2,1*6 / 1,2 = 10,5 кН/м. В случае, если не известна длина балки, на которой произошло обрушение связей l pc или l pc = 0,5* L, M lpc = ql 2 /8 то кНм, в противном случае M lpc = (q n /2)*(L/2-l pc )*(L/2+l pc ) кНм. Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии l pc : M lpc = ql 2 /8 = 10,5*9 2 /8 = 106,31кНм. Поперечная сила от нормативной нагрузки: Q n = q n ⋅ L / 2 = 10,5*9 / 2 = 47,25кН. Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям От действия силы Q n в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения. Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям: η w = M lpc / (W*R fw ) = 106,31* 10 3 / (18,9* 10 -3 *29* 10 6 ) = 0,19, где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный: W = В б *h 2 / 6 = 140*900 2 / 6 = 18,9*10 -3 м 3 ; R fw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, МПа (приложение 1, таблица 2). Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σ n = R fw ), при действии нормальных напряжений. По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 3, h / В б = 900/140 = 6,43 и η w = 0,19определяем, что: Z) древесины, но также и от возможного выхода из crw = 0,25*В б = 0,25* 140 = 35 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии). Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям: 12 η a = 3Q n / (2B б h*R fqs ) = 3*47,25* 10 3 / (2* 140* 10 -3 *900* 10 -3 * 1,2* 10 6 ) = = 0,47; где R fqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа. Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σ n = R fw ), при действии касательных напряжений. По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 3. h/В б = 900/140 = 6,43и η a = 0,47 определяем, что Z) древесины, но также и от возможного выхода из cra = 0,052*h = 0,052* 900 = 46,8 мм. Из двух значений Z) древесины, но также и от возможного выхода из crw и Z) древесины, но также и от возможного выхода из cra , выбираем наименьшее, таким образом Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr = 35 мм. Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния конструкции по огнестойкости: t cr = Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr / V = 35 / 0,6 = 58,3мин, где V - скорость обугливания древесины,мм/мин (прил.1, таблица 1). Фактический предел огнестойкости балки составляют: Пф = t зо + t cr = 5 + 58,3 = 63,3мин = 1,06ч где t зо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от начала воздействия температуры на древесины до ее воспламенения, равное 5 мин. Расчет по условию потери устойчивости плоской форм Потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связи. Поскольку на заданной части длинны (l pc ) время утраты несущей способности стальных креплений связей t рс = 15 мин.(0,25 ч.), то за это время значение глубины обугливания поперечного сечения балки с учетом того, что время задержки обугливания (t 30 = 5 мин.) можно определить, исходя из соотношения: Z) древесины, но также и от возможного выхода из 1 = (t pc - t зо ) *V = 10 *V = 10* 0,6 = 6 мм. Для определения критического значения глубины обугливания, из условий сохранения устойчивости плоской формы (деформирования), необходимо: 1. В пределах граничных значений (Z) древесины, но также и от возможного выхода из 1 = 6 мм.иZ) древесины, но также и от возможного выхода из i = 0,25*В б = 35 мм.) произвольно выбрать не менее трех значений глубины обугливания: Z) древесины, но также и от возможного выхода из 2 = 13 мм; Z) древесины, но также и от возможного выхода из 3 = 20 мм; Z) древесины, но также и от возможного выхода из 4 = 27 мм. 2. Определить параметры (h/В б = 6,43) и (Z) древесины, но также и от возможного выхода из cri /h): Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr1 /h = 6/900 = 0,0067; Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr2 /h = 13/900 = 0,0144; Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr3 /h = 20/900 = 0,0222; Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr4 /h = 27/900 = 0,0300; Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr5 /h = 35/900 = 0,0389. 13 3. Определить по графикам значения коэффициентов η w(i) : η w(1) = 0,87; η w(2) = 0,77; η w(3) = 0,67; η w(4) = 0,56; η w(5) = 0,46. 4. Определить значение коэффициентов (φ fmi ) с учетом изменения размеров поперечного сечения в середине пролета балки в результате обугливания древесины с трех сторон по формуле: φ fmi = 140 *((В б – 2* Z) древесины, но также и от возможного выхода из cri ) 2 /l pc * (h – K* Z) древесины, но также и от возможного выхода из cri ))* K fф *K fжмi где K fф – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (l pc ). Таким образом коэффициент определяется по формулам: K fф = 1,75 – 0,75α f при l pc < 0,5L; K fфф = 1,35 + 1,45 ⋅ (предъявляющаяс/ll pc ) 2 при l pc = 0,5L; где α f = M lpc / M n ;c = l pc /l2; K fжм – коэффициент, значение которого для односкатной балки приравнивается 1; К – количество сторон балки по высоте ее сечения, подвергающихся обугливанию (при трехстороннем обогреве К=1, при четырех – К=2). c = l pc /2 = 4,5/2 = 2,25; K fф = 1,35 + 1,45 ⋅ (с/l pc ) 2 = 1,35 + 1,45*(2,25/4,5) 2 = 1,72 φ fw1 = 140 *((0,14 – 2* 0,0067) 2 /4,5*(0,9 – 1* 0,0067))* 1,72*1 = 0,96; φ fw2) = 140 *((0,14 – 2* 0,0144) 2 /4,5*(0,9– 1* 0,0144))* 1,72*1 =0,74; φ fw3 = 140 *((0,14 – 2* 0,0222) 2 /4,5*(0,9– 1* 0,0222))* 1,72*1 =0,55; φ fw4 = 140 *((0,14 – 2* 0,0300) 2 /4,5*(0,9 – 1* 0,0300))* 1,72*1 =0,39; φ fw5) = 140 *((0,14 – 2* 0,0389) 2 /4,5*(0,9 – 1* 0,0389))* 1,72*1 = 0,24. 5. Вычислить величины напряжений в балке от внешней нагрузки, изменяющихся с уменьшением размеров поперечного сечения балки в результате ее обугливания на различную глубину: σ fwi = M n / (φ fmi * W *η w(i) ) σ fw1 = 106,31*10 3 / (0,96*18,9*10 -3 * 0,87) = 6,76МПа; σ fw2 = 106,31*10 3 / (0,74*18,9*10 -3 * 0,77) = 9,84МПа; σ fw3 = 106,31*10 3 / (0,55*18,9*10 -3 * 0,67) = 15,15МПа; σ fw4 = 106,31*10 3 / (0,39*18,9*10 -3 * 0,56) = 25,63МПа; σ fw5 = 106,31*10 3 / (0,24*18,9*10 -3 * 0,46) = 51,05МПа. 6. Построить график зависимости напряжения от глубины обугливания(рис. 4.1) и при значении напряжения, равном (σ fw = R fw ), определить критическую глубину обугливания. 14 Рис. 4.1 График зависимости напряжения от глубины обугливания t cr = Z) древесины, но также и от возможного выхода из cr / V = 28,5 / 0,6 = 47,5 мин; П ф = t зо + t cr = 5 + 47,5 = 52,5 мин. = 0,88ч. Вывод: Фактический предел огнестойкости балки принимают значение Пф, которое наступает по третьему условию потери устойчивости плоской форм Пф = 52,5 мин. = 0,88ч. 15 5. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ Для каждого пожарного отсека проверяемого здания в первом разделе были определены нормативные показатели огнестойкости. Проверка соблюдения условий пожарной безопасности состоит в сравнивании величин фактического предела огнестойкости с требуемым пределом огнестойкости. Необходимо сравнить данные о требуемых и фактических значениях параметров огнестойкости всех строительных конструкций здания. Строительные конструкции соответствуют требованиям норм по пределу огнестойкости при соблюдении условия: Пф≥Птр, Где :Пф – фактический предел огнестойкости, мин; Птр – требуемый предел огнестойкости, мин. Если имеется не соответствие пожарной безопасности, то необходимо провести мероприятия по повышению фактического предела огнестойкости конструкции путем огнезащитной обработки. Предусмотренные проектом строительные конструкции отвечают требованиям норм по классу пожарной опасности, если их класс пожарной опасности Кф соответствует классу пожарной опасности, установленному нормами Ктр, и в случае, если проектом предусматривается использование менее пожароопасных строительных конструкций. Таблица 5.1 Таблица проверки соответствия показателей огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций здания противопожарным требованиям Вид основных конструкций Требуется (допускается) Ссылка на нормы Принято в проекте Основание Вывод о соответствии Отр Стр Птр, мин Ктр Пф, мин Кф Сф Оф Металлически е фермы покрытия I C0 R30 K0 СП 2.13130 11 К0 С0 V По расчету Не соответствует Деревянные балки покрытия IV C0 R15 K0 СП 2.13130 52,5 К0 С0 I По расчету Соответствуе т На основании проведенных расчетов, можно сделать вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека. Деревянная балка покрытия второго пожарного отсека соответствует требованиям пожарной безопасности. Выбор и обоснование способа огнезащиты металлической фермы покрытия 16 Без технико-экономического расчета в качестве способов огнезащиты можно принять следующие: нанесение вспучивающейся краски, фосфатного покрытия, штукатурки и другие. Требуемый предел огнестойкости фермы составляет 0,5 ч. или 30 мин. Из множества огнезащитных покрытий можно использовать ОВП-2 является наиболее эффективным с экономической точки зрения. И сможет обеспечить выполнение условия пожарной безопасности. Вывод: В соответствии с целью курсовой работы после выполнения 2-х основных частей были определены соответствия основных конструкций здания требованиям пожарной безопасности, определены фактические степени огнестойкости и класс конструктивной пожарной опасности здания. На основании данных, сделан вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека. Разработаны технические решения и предложения по повышению огнестойкости и снижению пожарной опасности. 17 ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Таблица 1 Скорость обугливания клееной древесины Наименьший размер сечения Вб, мм Скорость обугливания клееной древесины V, мм/мин >120 0,6 ≤ 120 0,7 Таблица 2 Расчетное сопротивление древесины для определения фактического предела огнестойкости конструкции Напряженное состояние Условное обозначение Расчетное сопротивление для сортов древесины Rf, МПа 1-й 2-й Изгиб Скалывание вдоль волокон Rfw Rfqs 29,0 1,2 26,0 1,1 Таблица 3 Нормативные сопротивления стали Марка стали ГОСТ или ТУ Вид проката Толщина проката, мм Предел текучести Ry» n,МПа 14Г2 ГОСТ 19281-73 Фасон 4-9 335 14Г2 ГОСТ 19281-73 Фасон 10-32 325 ВСт3пс6, ВСт3сп5, ВСт3Гпс5 ГОСТ 380-71 Фасон 4-20 245 ВСт3пс, ВСт3сп, ВСт3Гпс ГОСТ 380-71 Фасон 21-40 225 Примечания: 1. За толщину проката следует принимать толщину полки. 2. Модуль упругости: Е = 2,06х105 МПа. 18 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1 Таблица 4 Сортамент прокатных стальных уголков Размеры, мм Площадь А, см2 Радиусы инерции сечения, см в б ix iy» при δf', мм 8 10 12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 50 4 5 3,89 4,8 1,54 1,53 2,35 2,38 2,43 2,45 2,51 2,53 2,59 2,61 56 4 5 4,38 5,41 1,73 1,72 2,58 2,61 2,66 2,72 2,73 2,77 2,81 2,85 63 4 5 6 4,96 6,13 7,28 1,95 1,97 1,93 2,86 2,89 2,9 2,93 2,96 2,99 3,01 3,04 3,06 3,09 3,12 3,14 70 4,5 5 6 7 8 6,2 6,86 8,15 9,42 10,7 2,16 2,16 2,15 2,14 2,13 3,14 3,16 3,18 3,2 3,22 3,21 3,23 3,25 3,28 3,29 3,29 3,3 3,33 3,36 3,37 3,37 3,38 3,4 3,44 3,45 75 5 6 7 8 9 7,39 8,78 10,1 11,5 12,8 2,31 2,3 2,29 2,28 2,27 3,35 3,3 3,4 3,43 3,44 3,42 3,44 3,47 3,5 4,51 3,49 3,52 3,54 3,57 3,59 3,57 3,6 3,62 3,65 3,67 80 5,5 6 7 8 8,63 9,39 10,8 12,3 2,47 2,47 2,45 2,44 3,57 3,58 3,6 3,62 3,64 3,65 3,67 3,69 3,71 3,72 3,75 3,77 3,79 3,8 3,82 3,84 90 6 7 8 9 10,6 12,3 13,9 15,6 2,78 2,77 2,76 2,75 3,96 3,99 4,01 4,04 4,04 4,06 4,08 4,11 4,11 4,13 4,16 4,18 4,19 4,21 4,23 4,26 100 6,5 7 8 10 12 14 16 12,8 13,8 15,6 19,2 22,8 26,3 29,7 3,09 3,08 3,07 3,05 3,03 3 2,98 4,36 4,38 4,4 4,44 4,48 4,53 4,57 4,43 4,45 4,47 4,52 4,56 4,6 4,64 4,5 4,52 4,54 4,59 4,63 4,68 4,72 4,57 4,59 4,62 4,66 4,71 4,76 4,8 110 7 8 15,2 17,2 3,4 3,39 4,78 4,8 4,82 4,87 4,92 4,95 5 5,02 19 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1 Продолжение таблицы 4 1 2 3 4 5 6 7 8 125 8 9 10 12 14 16 19,7 22 24,3 28,9 33,4 37,8 3,87 3,86 3,85 3,82 3,8 3,78 5,39 5,41 5,44 5,48 5,52 5,56 5,46 5,48 5,52 5,55 5,6 5,63 5,53 5,56 5,58 5,62 5,67 7,72 5,6 5,63 5,66 5,7 5,75 5,78 140 9 10 12 24,7 27,3 32,5 4,34 4,33 4,31 6,02 6,05 6,08 6,1 6,12 6,15 6,16 6,19 6,25 6,24 6,26 6,3 160 10 11 12 14 16 18 20 31,4 34,4 37,4 43,3 49,1 54,8 60,4 4,96 4,95 4,94 4,92 4,89 4, 87 4,85 6,84 6,86 6,88 6,91 6,95 7 7,04 6,91 6,93 6,95 6,98 7,03 7,07 7,11 6,97 7 7,02 7,05 7,1 7,14 7,18 7,05 7,07 7,09 7,13 7,18 7,22 7,26 180 11 12 13 38,8 42,2 47,1 5,6 5,59 6,22 7,67 7,69 8,48 7,74 7,76 8,55 7,81 7,83 8,62 7,82 7,84 8,69 200 13 14 16 20 25 30 50,9 54,6 62 76,5 94,3 111,5 6,21 6,2 6,17 6,12 6,06 6 8,5 8,52 8,56 8,65 8,74 8,83 8,58 8,6 8,64 8,72 8,81 8,9 8,64 8,66 8,7 8,79 8,88 8,97 8,71 8,73 8,77 8,86 8,95 9,05 220 14 16 60,4 68,6 6,83 6,81 9,31 9,35 9,37 9,42 9,45 9,49 9,52 9,56 250 16 18 20 22 25 28 30 78,4 97,7 97 106,1 119,7 133,1 142 7,76 7,73 7,71 7,69 7,65 7,61 7,59 10,55 10,59 10,62 10,67 10,72 10,78 10,82 10,62 10,65 10,69 10,74 10,79 10,85 10,89 10,68 10,72 10,76 10,81 10,86 10,92 10,96 10,75 10,8 10,83 10,88 10,93 10,99 11,03 20 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Графическая часть курсового проекта Рис. 1 Геометрическая схема фермы III ФС24 – 3.85и схема заданного узла фермы Рис 2. Общий вид проверяемого здания 21 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 3. Поперечный разрез первого пожарного отсека проверяемого здания Рис 4. Поперечный разрез второго пожарного отсека проверяемого здания Рис 5. График зависимости температуры от предела текучести 22 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 6. График изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара 23 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 7. Номограммы для определения величин коэффициентов (ŋ А3 ; ŋ W3 ) при трехстороннем обугливании балки. 24 Список литературы 1. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». 2. СП 2.13130.2012. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты (с Изменением N 1). 3. Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. 4. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. – М:Стройиздат, 1988.- 143с. 5. СП 12.13130.2012. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. 6. СП 2.13130.2012 СПЗ Обеспечение огнестойкости объектов защиты. 7. 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. 8. Лимонов Б.С., Шидловский Г.Л., Терехин С.Н., Тихонов Ю.М., и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Часть I : СПб.: Санкт- Петербургский университет ГПС МЧС России. 2-е издание. 2016. 197 с. 29.01.2020г. |