курсовая расчет предела огнестойкости сооружения. курсовая 2022. Курсовой проект состоит из 2х сравнительно самостоятельных частей
Скачать 6.29 Mb.
|
δn x Рис.1.1. Сечение элементов фермы Ryn – нормативное сопротивление стали по пределу текучести определяется в зависимости от марки стали прил. 2 (приложение 2. Рис 6) Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба). Расчет производится по потере устойчивости сжатых элементов, используя 2 метода: 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 являются стержни: С1и О2=О3. 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 элементовфермы: где lx – расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл.7), мм; ix – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «x»,мм. Таблица 7: Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба
l – длина элемента (см. исходные данные). Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы: где ly – расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 7), мм; iy – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y», мм. При определении iy следует учесть, что расстояние между уголками, из которых составлен элемент фермы, равно толщине cсоединительной пластины (δf), к которой они приварены с двух сторон. Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть: λmax(С1) = 89,4; λmax(О2=О3) = 62,3. Коэффициент продольного изгиба φ элемента фермы принимается взависимости от λmax (если λmax ≤ 40, то φ = 1; если λmax> 40, то φ = 0,95) иравен: для λmax(С1) = 89,4> 40 φ(С1) = 0,95; для λmax(О2=О3) = 62,3> 40 φ(О2=О3) = 0,95. Таким образом, φ(С1) = φ(О2=О3) = φ = 0,95. Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба: Рис.1.1. Сечение элементов фермы Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины Для расчета определим коэффициент изменения модуля упругости стали элементов фермы: где π= 3,14; Еn – нормативное значение модуля упругости стали, равное 2,06 ∙ 1011 Па; Jmin – минимальное значение момента инерции поперечного сечения элемента, м4, равное: Jmin(С1) = imin(С1)2 * 2А(С1) = (2,76*10-2)2* (2 * *10-4)= =105,9* 10-8 м4 ; Jmin(О2=О3)=imin(О2=О3)2 *2А(О2=О3)=(3,85*10-2)2 * (2 * 24,3 *10-4)= =360,2* 10-8 м4 ; где imin – минимальное значение радиуса инерции поперечного сеченияэлемента из значений ix и iy, м, то есть: imin(С1) = 2,76* 10-2 м; imin(О2=О3) = 3,85* 10-2м. По графикуопределяем числовые значения критическойтемпературы tcr в зависимости от величин 𝛾ytcr и 𝛾е (для сжатых элементов).Полученные данные сведем в таблицу 8: Таблица 8: Значения критической температуры tcr в зависимости от величин 𝛾ytcr и 𝛾е
Примечание: в числителе – tcr, найденная в зависимости от 𝛾ytcr; в знаменателе – tcr, найденная в зависимости от 𝛾е. Результатом статической части расчета будут являться критические температуры рассматриваемых элементов конструкции полученные по графику. Для теплотехнического расчета берутся минимальные значения tcr, то есть: tcr(С1) = 640 °C; tcr(О2=О3) = 580 °C. Теплотехнический расчет Определим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины (рис. 1.1). Сечение элементов фермы где А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м2; В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков. Размеры уголка находятся в прил.6. Площадь одного уголка принимается по ГОСТ. См. Приложение 6. U – длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м (каждый уголок обогревается со всех четырех полок); U = 8bf, где bf – ширина полки уголка, м (приложен.).Таким образом, С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара (Приложение 3) cтроим графики изменения температуры стержней заданного узла фермы от времени их нагрева (Приложение. 3). Для каждого элемента по графикам определяем значения времени прогрева τ до критической температуры, то есть утраты их несущей способности. (Приложение 3) Найденные значения сведем в таблицу 9. Таблица 9: Время прогрева до критической температуры τ элементов фермы
Результатом решения теплотехнической части задачи будет определения наименьшего фактического предела огнестойкости узла фермы. Вывод: Фактический предел огнестойкости (Пф) принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть 13 мин (для элемента О2=О3). 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 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: В случае, если не известна длина балки, на которой произошло обрушение связей lрс или lрс = 0,5 ∙ L, Mlpc= то кНм, в противном случае Mlpc = кНм. Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии lpc : Mlpc = кНм. Поперечная сила от нормативной нагрузки: = Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям От действия силы Qn в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения. Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям: ηW= где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный: W = м Rfw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, равное 26 МПа (прил 2. табл 2). Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfw), при действии нормальных напряжений. По монограмме (прил.4) для числа обогреваемых сторон 3, и ηw = 0,14 определяем, что: zcrw = 0,25 *Вб = 0,25* 160 = 40 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии). Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям: ηа= где Rfqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, равное 1,1 МПа (для данного сорта древесины). Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfqs), при действии касательных напряжений. По монограмме (прил.4) для числа обогреваемых сторон 3, и ηw = 0,14 определяем, что: zcrа = 0,025 *h = 0,025 *1020 = 25,5 мм. Из двух значений, zcrw и zcrа , выбираем наименьшее, таким образом zcr = 25,5 мм. Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины донаступления предельного состояния конструкции по огнестойкости: где υ - скорость обугливания древесины, равная для сечения 1020х160 мм и клееной древесины 0,6 мм / мин (прил.2 табл.1). Фактический предел огнестойкости балки составляют: Пф = зо + cr = 5 + 42,5 = 47,5 мин = 0,79 ч , где зо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от началавоздействия температуры на древесину до ее воспламенения, равное 5 мин. Расчет по условию потери прочности плоской фермы 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 длины (lрс) время утраты несущей способности стальных креплений связей τрс = 15 мин. (0,25 ч.), то за это время значение глубины обугливания поперечного сечения балки с учетом того, что время задержки обугливания (τ30 = 5 мин.) можно определить, исходя из соотношения: Z1=(τpc – τ30)*V= 10*V Для определения критического значения глубины обугливания, из условий сохранения устойчивости плоской формы (деформирования), необходимо: 1. В пределах граничных значений (Z1 = 10·0.6 = 6 мм) и (Zi = 0.25·Bб = 40 мм) произвольно выбрать не менее трех значений глубины обугливания: Z1 = 10 мм; Z2 = 20 мм; Z3 = 30 мм. 2. Определить параметры (h/Bб =6,38 ) и (Zi/h): Z1/h = 10/1020 = 0,010 Z2/h = 20/1020 = 0,020 Z3/h = 30/1020= 0,030 3.Определить по графикам значения коэффициентов(прил.4 рис3): ηw4(1)=0,86; ηw4(2)=0,73; ηw4(3)=0,57. 4.Определить значение коэффициентов (φfmi) с учетом измененияразмеров поперечного сечения в середине пролета балки в результатеобугливания древесины с четырех сторон по формуле: где Кfф – коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (lрс). Таким образом коэффициент определяется по формулам: Kfф= 1,75 – 0,75 при lpc< 0,5L Kfф=1,35 + 1,45( при lpc = 0,5L где αf = Мlpc/Mn; c=lpc/2; Kfжм - коэффициент, значение которого для односкатной балки приравнивается к 1; К – количество сторон балки по высоте ее сечения, подвергающихся обугливанию (при трехстороннем обогреве К=1, четырехстороннем К=2). Kfф=1,35 + 1,45( C = lpc/2 = 3 5.Вычислить величины напряжений в балке от внешней нагрузки, изменяющихся с уменьшением размеров поперечного сечения балки в результате ее обугливания на различную глубину: 6. Построить график зависимости напряжения от глубины обугливания (рис.3) и при значении напряжения, равном (σfw = Rfw), определить критическую глубину обугливания. Рис.3. График зависимости напряжения от глубины обугливания σfw = Rfw = 26 Пф= τ30 + τcr = 5+60= 65 мин = 1,08ч Вывод: Фактический предел огнестойкости балки принимают минимальное значение (Пф), которое наступает по третьему условию потери устойчивости плоской формы. Пф=65 мин. Таблица 10: Форма таблицы проверки соответствия показателей огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания противопожарным требованиям СНиП
Таблица 11: Форма таблицы проверки соответствия показателей огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарногоотсека здания противопожарным требованиям СНиП
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ И 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 (см. табл. 10,11) и фактических значениях параметров огнестойкости всех строительных конструкций здания. Строительные конструкциисоответствуют 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 балки 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. На основании проведенных расчетов, можно сделать вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека и деревянной балки покрытия второго пожарного отсека. Выбор и обоснование способа огнезащиты металлической фермы покрытия Без технико-экономического расчета в качестве способов огнезащиты можно принять следующие: нанесение вспучивающейся краски, фосфатного покрытия, штукатурки и другие. Требуемый предел огнестойкости фермы составляет 0,25 ч или 15 мин (табл.5). Из множества огнезащитных покрытий, покрытие ОВПФ-1 является наиболее эффективным с экономической точки зрения. И сможет обеспечить выполнение условия пожарной безопасности. Выбор и обоснование способа огнезащиты деревянной балки покрытия и узлов соединения Огнезащиту конструкций из древесины можно осуществить с помощью покрытия их огнезащитными красками, обмазками, глубокой пропиткой антипиренами, а также оштукатуривания с толщиной штукатурки не менее 2 см и другими способами. По проведенным расчетам для клееной деревянной балки минимальный Пф наступает по третьему условию - потери устойчивости плоской формы (деформирования балки), следовательно необходимо разработка технических решений, обеспечивающих огнезащиту балки и узлов соединений, т.е необходимо предусмотреть защиту узловых элементов связей с балками. Стальные элементы в опорных узлах балок не воспринимают усилия, а служат для фиксации конструкций в проектном положении. Выход из строя в условиях пожара этих элементов, а также связей конструкций покрытия здания, может привести к потере балками (от действия горизонтальных нагрузок) своего проектного положения. Поэтому желательно защищать эти элементы от прямого воздействия высоких температур. Открытые стальные детали рекомендуется защитить вспучивающейся огнезащитной краской или закрывать цементно-стружечными плитами. Вывод: В соответствии с целью курсовой работы после выполнения 2-х основных частей были определены соответствия основных конструкций здания требованиям пожарной безопасности, определены фактические степень 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 и деревянной балки второго пожарного отсека. Разработаны технические решения и предложения по повышению их огнестойкости и снижению пожарной опасности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. 2. Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. 2. Федеральный закон от 27 декабря 2002 года № 184-ФЗ «О техническом регулировании». 3. СП 12.13130.2012. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. 4. СП 2.13130.2012 СПЗ Обеспечение огнестойкости объектов защиты. 5. 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. 6. Лимонов Б.С., Шидловский Г.Л., Терехин С.Н., Тихонов Ю.М., и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Часть I : СПб.: СанктПетербургский университет ГПС МЧС России. 2-е издание. 2016. 197 с. 7. Методы огневых испытаний строительных материалов и конструкций: Учебно-методическое пособие // Беляев А.В., Лимонов Б.С. / Под общей ред. В.С. Артамонова. – СПб.: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2009. – 76 с. 8. Пожарная безопасность зданий и сооружений промышленных предприятий [Текст]: учебное пособие / А.С. Крутолапов [и др.]; ред. В.С. Артамонов; С.-Петерб. гос. ун-т гос. противопож. службы МЧС России. – СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2012. – 80с Режим доступа: 9. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1988. – 143 с. 10.Шелегов В.Г., Чернов Ю.Л. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» Пособие по выбору исходных данных на курсовое проектирование. – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2001. – 84 с. 11.Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» Пособие по изучению теоретического курса дисциплины. – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2002. – 191 с. 12. Федеральный закон РФ от 18 декабря 1994 года № 69-ФЗ «О пожарной безопасности». 13.Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 года № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию». 14. Приказ МЧС России от 30.11.2016 №644 «Об утверждении Административного регламента Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий исполнения государственной функции по надзору за выполнением требований пожарной безопасности». Ссылки на литературу Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. 2. Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. Федеральный закон от 27 декабря 2002 года № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_40241/ СП 12.13130.2012. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. СП 2.13130.2012 СПЗ Обеспечение огнестойкости объектов защиты. 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. 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 - (Электр. ссылка http://192.168.0.15/?75&type=advancedSearch) Режим доступа::http://elib.igps.ru/?8&type=card&cid=ALSFR-6c2a88ec-d120-4f30-8aa2- 32ac97e03302&remote=false Методы огневых испытаний строительных материалов и конструкций: Учебно-методическое пособие // Беляев А.В., Лимонов Б.С. / Под общей ред. В.С. Артамонова. – СПб.: Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2009. – 76 с. Режимдоступа:http://elib.igps.ru/?21&type=card&cid=ALSFR-1e1b6333-ce7f-4fc0-897b- ae5e2c72e9e4&remote=false Пожарная безопасность зданий и сооружений промышленных предприятий [Текст]: учебное пособие / А.С. Крутолапов [и др.]; ред. В.С. Артамонов; С.-Петерб. гос. ун-т гос. противопож. службы МЧС России. – СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2012. – 80с Режим доступа: Режим доступа:http://elib.igps.ru/?9&type=card&cid=ALSFR-3c192d38-cb81-4efa-8c6c- ae6653b35d07&remote=false Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1988. – 143 с. Шелегов В.Г., Чернов Ю.Л. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» Пособие по выбору исходных данных на курсовое проектирование. – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2001. – 84 с. Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» Пособие по изучению теоретического курса дисциплины. – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2002. – 191 с. Федеральный закон РФ от 18 декабря 1994 года № 69-ФЗ «О пожарной безопасности». Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_5438/ Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 года № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию». Приказ МЧС России от 30.11.2016 №644 «Об утверждении Административного регламента Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий исполнения государственной функции по надзору за выполнением требований пожарной безопасности». Основная литература: Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Часть I «Строительные материалы, их пожарная опасность и поведение в условиях пожара»: учебник / Лимонов Б.С., Шидловский Г.Л., Власова Т.В., Терехин С.Н., Тихонов Ю.М., Гугучкина М.Ю. (2 издание) под общей редакцией Э.Н. Чижикова. – СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2016. – 186 с. Режимдоступа: http://elib.igps.ru/?8&type=card&cid=ALSFR-6c2a88ec-d120- 4f30-8aa2-32ac97e03302&remote=false Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Ч. 2. Строительные конструкции, здания, сооружения и их поведение в условиях пожара [Текст]: учебник. /Актерский Ю.Е., Шидловский Г.Л., Власова Т.В. – СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2019. – 293с. Режим доступа: http://elib.igps.ru/?1&type=card&cid=ALSFR-e18446d7-5307- 4e07-8502-479fc193bbfb Пожарная безопасность в строительстве: учебник / Вагин А.В., Мироньчев А.В., Терёхин С.Н., Кондрашин А.В., Филиппов А.Г. (2 издание) Под общ. ред. О.М. Латышева. – СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России; Астерион, 2014. – 274 с. Режимдоступа: http://elib.igps.ru/?12&type=card&cid=ALSFR-061d3120-2f05- 422c-b2d5-847254c584a9&remote=false |