Здания и сооружения их устойчивость припожаре. Курсовая Батыргазиев ЗиС. Курсовой проект По дисциплине Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре
Скачать 2.08 Mb.
|
Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации стихийных бедствий Ивановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы Представительство академии в г. Сургут Специальность 20.05.01 «Пожарная Безопасность» Курсовой проект По дисциплине: «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» Тема: Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре Вариант № 12 Выполнил: Батыргазиев Ренат Ханбулатович, студент факультета заочного обучения (с применением дистанционных образовательных технологий), 4 курс, ПБ-4.1.18 учебная группа Руководитель: ____________________________ ________________________________________ Дата: «___»___________ 202__г. Оценка: ____________________ ___________________________ (подпись руководителя) Иваново 2022 ОГЛАВЛЕНИЕ 1.Характеристики здания и конструкций. 3 1.1. Краткая характеристика здания. 3 2. Экспертиза строительных конструкций. 6 2.1. Определяем фактический предел огнестойкости плиты ПК 90-15-8 по пособию: 6 2.2. Определяем фактический предел огнестойкости колонны КП I-2 КЭ-01-49 по пособию: 9 3. Определение фактических пределов огнестойкости конструкций расчетом. 11 3.1. Расчет предела огнестойкости плиты ПК 90-15-8; 11 3.2. Расчет предела огнестойкости колонны КП I-2 КЭ-01-49; 15 4.Вывод и технические решения. 21 Список используемой литературы 22 1.Характеристики здания и конструкций.1.1. Краткая характеристика здания.Производственное здание категории Г. В производстве обращаются негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива. Как и для большинства зданий при проектировании руководствуются следующими основными принципами: объемно-планировочные решения должны создавать оптимальные условия для производства, так же здания должны быть прочными, экономичными, огнестойкими. Эти свойства зависят от конструкций, разработку которых начинают с решения принципиального вопроса конструирования — выбора конструктивной схемы здания. В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие многочисленных нагрузок, отличающихся по величине, направлению, характеру действия и месту приложения. Конструкции, участвующие в восприятии нагрузок, называют несущими. К вертикальным несущим конструкциям относятся фундаменты, стены, отдельные опоры, а к горизонтальным — перекрытия и покрытие. Размещаясь в объеме здания в определенном сочетании, несущие конструкции образуют пространственную систему, способную воспринимать все действующие на здание силовые нагрузки и воздействия и обеспечивать его прочность, жесткость и устойчивость. Эта система и называется конструктивной схемой здания. Восприятие и передача нагрузок осуществляется конструкциями по следующей схеме. Вертикальные несущие конструкции воспринимают действующие на здание вертикальные нагрузки (от собственной массы, оборудования, снега и др.) и передают их основанию. Горизонтальные несущие конструкции воспринимают горизонтальные (ветровая, сейсмическая и др.) нагрузки и поэтажно вместе с собственной массой передают их вертикальным несущим конструкциям. Горизонтальные нагрузки могут быть равномерно распределены между вертикальными несущими конструкциями. Каркасная конструктивная схема является основой в проектировании данного складского здания, которая обеспечивает значительное снижение массы здания и максимальную свободу планировочного решения. Основным преимуществом полнокаркасных зданий является четкое разграничение функций между каркасом, воспринимающим все нагрузки и стенами, являющимися только ограждениями. Вертикальные несущие конструкции в каркасной схеме - стержневые (колонны) среднего ряда КП I-2 КЭ-01-49 Рис. 1 Рис. 1.1 Поперечный разрез колонны среднего ряда КП I-2 КЭ-01-49 Перекрытия - горизонтальные комплексные конструкции, разделяющие здание на этажи. В состав междуэтажных перекрытий входят несущие элементы – плиты ПК 90-15-8. В данном здании применяется балочная конструктивная схема, в состав которой входят: фундаментные балки, колонны и опирающиеся на них плиты. Жесткость сопряжения колонн обеспечивается сваркой опорных закладных элементов и выпусков арматуры, а также замоноличиванием узлов. Дополнительная жесткость здания в продольном направлении может быть обеспечена устройством продольных монолитных или сборных ригелей, уложенных вместо межколонных плит. Для опирания сборных продольных ригелей предусматривают стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн в уровне железобетонных консолей. Рис.1.2 Разрез плиты ПК 90-15-8 Крыши – наружные, венчающие здание несущие и ограждающие конструкции, в состав которых входят несущие элементы, паро-теплоизоляционные слои, кровля (гидроизоляция). Рис.1.3 Покрытие здания 1 - плита перекрытия; 2 – утеплитель; 3 – гидроизоляция; 4 - кровельная панель;5 – пароизоляция. б) Этажность здания – 4 этажа; при высоте этажа – 3,3 м в) Количество пролетов: по ширине здания – 1 пролета по длине здания – 3 пролета г) Площадь пожарного отсека определяем: 1) ширина здания (b=l1n) b=31=3 м; 2) длина здания (l=l1n) l=34=12 м; 3) площадь пожарного отсека: Sпож=312=36 м2 2. Экспертиза строительных конструкций.Определяем требуемую степень огнестойкости. Согласно СП 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты». В зависимости от категории здания (производственное здание категории Г) и площади пожарного отсека 36 м2 по п. 6.1.1 табл. 6.1 определяем требуемую степень огнестойкости здания - V и класс конструктивной пожарной опасности С0. Определяем требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций по ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». ст. 87 ч. 2 табл.21. Данные заносим в таблицу 1. Определяем фактический предел огнестойкости строительных конструкций по [9]. Данные заносим в табл. 1. 2.1. Определяем фактический предел огнестойкости плиты ПК 90-15-8 по пособию:Плита перекрытия многопустотная (ПК 90-15-8) Вид бетона – тяжелый бетон, вяжущее - портландцемент М 500, заполнители – песок, известняковый щебень. Плотность бетона – 2250 кг/м3. Класс бетона В20. Влажность бетона – 2%. Расчетная нагрузка – 6 кН/м. длина плиты – 5.98м, ширина плиты – 1.49 м, толщина плиты – 220 мм, диаметр пустот – 140 мм, толщина защитного слоя бетона – 25 мм, диаметр стержня арматуры – 12 мм, количество стержней арматуры – 5 шт. Рис.2.1 Плита перекрытия ПК 90-15-8 Рис.2.2 Разрез плиты ПК 90-15-8 Особенности поведения плит в условиях пожара. Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, Е, I, т.е. по потере несущей (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I). Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимые по стандартному температурному режиму, подтверждают это. Поскольку в условиях пожара плиты подвергаются воздействию высокой температуры снизу, уменьшение их несущей способности происходит в основном за счет снижения прочности нагревающейся растянутой арматуры. Сжатые бетон и арматура нагреваются слабо. Как правило, рассматриваемые элементы (статически определимые изгибаемые свободно лежащие плиты, панели, настилы перекрытий) разрушаются в результате образования пластического шарнира в сечении с максимальным изгибающим моментом за счет снижения предела прочности нагревающейся растянутой арматуры до величины рабочих напряжений в ее сечении. При этом происходит резкое увеличение температурной ползучести арматуры, интенсивное раскрытие трещин в растянутой зоне, уменьшение высоты сжатой зоны бетона до минимума, при котором происходит разрушение сжатого бетона и обрушение конструкции. Образование пластического шарнира происходит при критической температуре арматуры. 2.1.1Рассчитаем толщину защитного слоя бетона с учѐтом толщины стержня арматуры а: а = аl + (мм); где: аl - толщина защитного слоя бетона; d – диаметр стержня арматуры, (мм) а = 25 + = 31(мм); 2.1.2. Рассчитаем приведенную толщину полки hf где, - толщина пустоты, мм – деаметр пустоты, мм 2.1.3 Рассчитаем толщину плиты, учитываемую при расчете по нагрузкам на изгиб ho: где: h – толщина плиты (мм); а – расстояние от края плиты до середины стержня арматуры (мм). Определим расчетную ширину плиты , (мм) где, – сумма диаметров всех пустот (мм) (мм) Согласно прил.17 [11] 3-10 мм А1=321 мм2 1-12 мм А2=112,4 мм2 Определяем предел огнестойкости по расстоянию до оси арматуры по табл.8 [9] ПI=1ч аI=25мм ПII=1,5ч аII=26мм φ1=1 п.2.18 [9] φ1=1 п.2.20 [9] φ1=0,9 п.2.27 [9] 2.2. Определяем фактический предел огнестойкости колонны КП I-2 КЭ-01-49 по пособию:Краткая характеристика конструкции: Колонны КП I-2 КЭ-01-49 среднего ряда являются сжатыми несущими элементами, размером сечения 400400 мм, Вид бетона - тяжелый, гранитном щебне, плотность составляет=2330кг/м2. Класс бетона В25. Влажность - 2. Ввиду, несовершенства геометрических форм элементов конструкций, отклонения их реальных размеров от назначаемых по проекту, неоднородности бетона, центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а имеет место внецентренное сжатие с так называемым случайным эксцентриситетом. Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона. В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800-1000 °С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 20°С до нуля при критической температуре и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара. Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20-30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено. Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600-800 °С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость. После 1-1,5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2-3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600 °С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонны укорачиваются с возрастающей скоростью до момента их обрушения. Предел огнестойкости колонн зависит и от уровня предварительного нагружения с увеличением которого предел огнестойкости колонн уменьшается. Необходимая несущая способность колонн обеспечивается изменением сечения арматуры и марки бетона в соответствии с нагрузкой. С уменьшением процента армирования от 1,13 до 0,52 предел огнестойкости колонн из высокопрочного бетона увеличивается на 14%. Данные по колонне: в=400мм а=50мм а = аl + = 50+ =66 мм. По Табл.2 [9] определяем Пф=2,5ч. Таблица 1
Вывод: Сравнив результаты таблицы, мы определили, - условие выполняется, следовательно, конструкции соответствуют требованиям нормативных документов. 3. Определение фактических пределов огнестойкости конструкций расчетом.3.1. Расчет предела огнестойкости плиты ПК 90-15-8;Многопустотная плита перекрытия, свободно опирающаяся по двум сторонам. Размеры сечения: В=1190мм; h=220мм; длина рабочего пролёта lр=5700мм; растянутая арматура класса А-V - 4 стержня диаметром - 14мм, 1 стержень диаметром - 14мм. Тяжелый бетон класса В25. весовая влажность бетонаW0=2/ Средняя плотность бетона в сухом состоянииос=2250кг/м2 Диаметр пустот равен 160мм. Решение: Расчет нормативной нагрузки -расчетная нагрузка - усредненный коэффициент надежности по нагрузке Определяем максимальный изгибающий момент от действия нормативной нагрузки; Определяем расстояние до оси арматуры; а1=25мм а1=26мм Определяем среднее расстояние до оси арматуры; А1=321 мм2 А2=112,4 мм2 ( прил.17 [11] ) Определяем высоту рабочей зоны: Определяем рабочую (полезную) высоту сечения; Определяем расчетное сопротивление сжатого бетона; Для бетона класса В25 (табл.12, [4]); -коэффициент надежности по бетону; Определяем нормативное сопротивление растяжению арматуры (табл.19, [4]); 9) Находим расчетное сопротивление; -коэффициент надежности по арматуре; 10) Находим Аs- площадь сечения растянутой арматуры. Аs=А1+А2=349,1 мм2 (прил.17 [11]); 11) Находим высоту сжатой зоны бетона в предельном состоянии , предполагая, что : 12) Определяем напряжение в сечении растянутой арматуры: 13) Вычисляем коэффициент снижения прочности стали: 14) По найденному значению из (прил. 16 [11]) находим температуру растянутой арматуры, при которой предел огнестойкости, то есть критическую температуру для арматуры класса А-IV; Для арматуры класса А-IV 15) Находим значение Гауссового интеграла ошибок (прил. 9[11]); 16) Теплофизические характеристики бетона. Средний коэффициент теплопроводности при t=4500C(прил. 12 [11]) Средний коэффициент теплоёмкости приt=4500C(прил. 12 [11]) 17) Определяем приведенный коэффициент температуропроводности 50,4-влияние испарения воды в бетоне при нагреве; -влажность бетона; -плотность бетона; 18) Находим предел огнестойкости: По прил.13[11] находим коэффициент, зависящий от плотности бетона: К=37 По прил.14[11] находим коэффициент, зависящий от плотности сухого бетона: К1=0,5 у- расстояние от нормали обогреваемой поверхности до расчетной точки С учетом пустотности плиты её фактический предел огнестойкости находится путем умножения найденного значения на коэффициент 0,9; =50,8 мин 3.2. Расчет предела огнестойкости колонны КП I-2 КЭ-01-49;Железобетонная колонна КП I-2 КЭ-01-49 среднего ряда, расчетная длина l0=3,3м, размером сечения 0,40,4м, Бетон класса В22,5, средняя плотность бетона в сухом состоянии на гранитном щебне составляет=2250 кг/м2. Весовая влажность - = 2. Арматура класса А III 4 стержня 30мм. Толщина защитного слоя а=50мм. Расчетная нагрузка Nр=340 т Рис. 3.1. колонна КП I-2 КЭ-01-49 в разрезе Нормативная нагрузка: 1,2 - усредненный коэффициент надежности по нагрузке. Решение: Арматура класса А-III (табл.19 СНиП 2.03.01-84) Определяем расчетное сопротивление: - соответствующий коэффициент надежности по бетону Определяем суммарную площадь арматуры («Методические указания… Приложение 17») Бетон класса В25с (табл.12 СНиП 2.03.01-84*) -коэффициент надежности по арматуре =0,83 Теплофизические характеристики бетона. Определяем приведенный коэффициент температуропроводности бетона Для дальнейших расчётов задаёмся интервалами времени , равными ; . Для несущая способность колонны будет равна: - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по «Методическим указаниям…» Приложение 15 в зависимости от отношения Так как промежуточное отношение, то применяем метод линейной интерполяции:
Для . Критерий Фурье равен где К=37,56 с1/2 Для плотности бетона 2330 кг/м3 найдем коэффициент К (согласно «Методические указания для выполнения контрольных работ Приложение 13»), т.к. получается промежуточное значение, используем метод линейной интерполяции:
Где . Из «Методические указания… Приложение 10» находим относительную избыточную температуру в неограниченной пластине , t0 - начальная температура конструкций для пожара равна 20 °С Температура арматурных стержней при обогреве колонны с четырех сторон будет равна: Где определяется по формуле; По «Методические указания… Приложение 16» находим значение коэффициента снижения прочности арматуры A-III Для определения размеров ядра бетонного сечения необходимо найти значение Величину - температура в средней неограниченной пластине находится из «Методические указания… Приложение 11» при При критической температуре бетона на гранитном щебне Из «Методические указания… Приложение 10» при и находим Тогда Несущая способность колонны при будет равна - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по «Методические указания… Приложение 15» в зависимости от отношения . Так как промежуточное отношение, то применяем метод линейной интерполяции:
3. Для При (см. расчет) и из «Методических указаний… Приложение 10» находим где - изменение температуры при стандартном температурном режиме определяется по формуле: По «Методическим указаниям… Приложение 16» находим Так как промежуточное значение, применяем метод линейной интерполяции:
При Из «Методических указаний… Приложение 11» При «Методических указаний… Приложение 10» находим Несущая способность колонны при составляет - коэффициент продольного изгиба, учитывающий длительность загружения и гибкость бетона принят по «Методические указания… Приложение 15» в зависимости от отношения . Так как промежуточное отношение, то применяем метод линейной интерполяции:
По результатам расчета строим график снижения несущей способности колонны в условиях пожара: Определяем фактический предел огнестойкости Поф = 1,83ч = 109 мин Таблица. 2
Вывод: Сравнив результаты таблицы мы определили, - условие выполняется, следовательно, строительные конструкции соответствуют требованиям нормативных документов. 4.Вывод и технические решения.При выполнении курсового проекта необходимо было определить фактический предел огнестойкости железобетонных конструкций по «Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов», а также расчетным методом. Во втором разделе курсового проекта мы определили предел огнестойкости конструкций по пособию [9] путем линейной интерполяции. Так как мы рассматриваем железобетонную конструкцию, то продел распространения огня равен нулю. При сравнении результатов мы определи, что условие - выполняется, следовательно, конструкции соответствуют требованиям нормативных документов. В третьем разделе курсового проекта мы определи фактический предел огнестойкости железобетонных конструкций расчетным путем. Сравнив результаты, мы определи, что условие выполняется, следовательно, конструкции соответствуют требованиям нормативных документов. В результате расчетов мы получили предел огнестойкости железобетонной конструкции двумя способами, где определи, что расчетный метод определения фактического предела огнестойкости на много эффективнее и точнее в отличие от метода определения по «Пособию по определению пределов огнестойкости конструкций пределов распространения огня». Подводя итог по курсовому проекту следует сказать, что предел огнестойкости железобетонных конструкций играет важную роль в проектировании и строительстве зданий и сооружений и является отличительной чертой и характеристикой железобетонных конструкций, а также её поведения в условиях пожара. Список используемой литературы«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [Текст]; федер. закон № 123-ФЗ [Принят Гос. Думой 4 июля 2008 г.. одобр. Советом Федерации 11 июля 2008 г.] – в редакции федер. Закона от 02.07.2013 № 185-ФЗ – Екатеринбург, ООО «Издательство «Калан», 2013 – 140 с. – 500 экз. «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты» [Текст] : СП 2.13130.2012. – Утв. приказом МЧС России от 21.11.2012 года № 693 (в ред. Изменения N 1, утв. Приказом МЧС России от 23.10.2013 N 678). – М. : ООО «Издательство «Пожнаука», 2009. – 32 с. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. Заголовок: СП 12.13130.2009. – с изм. № 1, утв. Приказом МЧС России от 09.12.2010 г. № 643. // НСИС ПБ № 2 (42), 2012 (электронная версия). «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*». Заголовок: СП 20.13130.2011. – утв. Минрегиона РФ от 27 декабря 2010 г. N 787. – М.: ООО «Издательство «Пожнаука», 2009. – 156 с. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. Актуализированная редакция СНиП 2.03.04-84 [Текст]: СП 27.13330.2011: утв. приказом Министерства регионального развития РФ 28.12.2010: ввод в действие с 20.05.2011 – М.: ОАО «ЦПП», 2010. – 121 с. «Производственные здания. Актуализированная редакция СНиП 31-03-2001». Заголовок: СП 56.13330.2011. – Утвержден Приказом Минрегиона РФ от 30 декабря 2010 г. N 850. – М.: ОАО «ЦПП», 2011. Демехин, В. Н. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре [Текст] :учеб. для слушателей и курсантов пожарно-технических образовательных учреждений МЧС России / В. Н. Демехин, И. Л. Мосалков, Г. Ф. Плюснина, А. Ю. Серков, А. Ю. Фролов, Е. Т. Шурин. – М. : АГПС МЧС России, 2003. – 656 с Пожарная профилактика в строительстве: Учеб. П 46для пожарно-техн. училищ/Б. В Грушевский, Н. Л. Котов, В. И. Сидорук и др. — М.: Стройиздат, 1989.— 368 с: ил. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2080) [Текст] : утв. приказом ЦНИИСК им.Кучеренко Госстроя СССР от 19.12.1984 №351/л. – М. : Стройиздат, 1985. – 59 с. Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных конструкций // Учебно-метод. пособие и задания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» / М.В. Акулова, В.Ю. Емелин, Д.Б. Самойлов, Е.А. Павлов, О.В. Потемкина. - Иваново: ОН и РИГ ИвИ ГПС МЧС России, 2010.-37 с. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 |