безопасность здания. Тема Введение

• Название: Тема Введение
• Анкор: безопасность здания
• Дата: 25.10.2020
• Размер: 482.62 Kb.
• Имя файла: Bezopasnost_zdaniy_i_sooruzheniy.docx
• Тип: Документы; #145538
• страница: 4 из 10



Рис. 2.6
Геометрические размеры колонны: a=250 мм, h=400 мм, 5 мм.
Литература:

1. 
   Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. М., Ассоциация «Пожнаука», 2001.
   

ПРИЛОЖЕНИЕ

Пределы огнестойкости несущих металлических конструкций (извлечение из табл. 9.2.9 раздела 9.2.3 книги Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий.

М., Пожнаука, 2001)

№ п/п	Краткая характеристика конструкции	Размеры, см	Предел огнестойкости, мин.
1	Стальные балки, прогоны, ригели и статически определимые фермы, при опирании плит и настилов по верхнему поясу, а также колонны и стойки без огнезащиты с приведенной толщиной металла tred указанной в столбце 3	tred=0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0	R 7,2 R 9 R 15 R 18 R 21 R 27
2	Стальные балки, прогоны, ригели и статически определимые фермы при опирании плит и настилов на нижние пояса и полки конструкции с толщиной металла t нижнего пояса, указанной в столбце 3	t=0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0	R 18 R 21 R 27 R 30 R 33 R 36 R 42
3	Стальные балки перекрытий и конструкций лестниц при огнезащите по сетке слоем бетона или штукатурки, толщиной a	a=1 2 3	R 45 R 90 R 150

2. Оценка огнестойкости бетонных и железобетонных строительных конструкций

В отличие от металлических конструкций, для которых основополагающей величиной при оценке предела огнестойкости по потере прочности (R) является приведенная толщина (t_red) поперечного сечения, для оценки огнестойкости железобетонной конструкции по признаку потери прочности (R) необходимо знать:

• 
  вид бетона;
  
• 
  минимальное расстояние от обогреваемой поверхности до оси рабочей арматуры;
  
• 
  размеры сечения конструкции;
  
• 
  схему опирания;
  

а для оценки огнестойкости железобетонной конструкции по признаку потери теплоизолирующей способности (I) необходимо знать:

• 
  вид бетона;
  
• 
  толщину конструкции (для конструкций с внутренними пустотами – эффективную толщину конструкции).
  

Примечание: Оценка и расчет огнестойкости железобетонных строительных конструкций по признаку потери целостности (E) является сложной задачей и в данном разделе не рассматривается.
Общие положения.

1. 
   Справочная информация о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций приведена в разделе 9.2.1, таблицы 9.2.1-9.2.7 [1].
   

2. 
   Пределы огнестойкости несущих конструкций, указанные в табл. 9.2.1-9.2.7, приведены для полных нормативных нагрузок с соотношением длительно действующей части нагрузки к полной нагрузке равным 1. Если отношение равно 0,3, то предел огнестойкости конструкции увеличивается в два раза. Для промежуточных значений этого отношения предел огнестойкости может приниматься по линейной интерполяции.
   

3. 
   Пределы огнестойкости железобетонных элементов, представленные в таблицах 9.2.1-9.2.3 относятся к арматурным сталям классов A-I (A240), A-II (A300), A-IIIв (А400в), A-IV (A600), A-V (A800), A_Т-IV (A_Т600), A_Т-V (A_Т800), и критической температуре их прогрева при пожаре, равной 500 ^оС.
   

4. 
   В случаях расположения арматуры в разных уровнях, среднее расстояние до оси арматуры «а» должно быть определено с учетом площадей арматуры (А₁;А₂…А_n) и соответствующих расстояний до осей арматуры (а₁, а₂…а_n), измеренных от ближайшей из обогреваемых (нижней или боковой) поверхностей элемента, по формуле:
   

A  a

• 
  A  a
  

 ...  A  a


^{ A}i ^ai

_a1 1 2 2 n n_i1

A₁  A₂

 ...A_n



^{ A}i

i1

Отличие критических температур прогрева при пожаре для других классов арматуры, не указанных в п. 3, следует учитывать, умножая приведенные в табл. 9.2.1-

9.2.3 пределы огнестойкости на следующие коэффициенты:

- для перекрытий и покрытий из сборных железобетонных плоских плит сплошных и многопустотных, армированных:

а) сталью класса А-III (А400)– коэффициент 1,2;

б) сталями класса A-VI (А1000); Aт-VI (А_Т1000); Aт-VII (А_Т1200); B-I; Bp-I –

коэффициент 0,9;

в) высокопрочной арматурной проволокой классов B-II, Bp-II или арматурными канатами класса К-7, коэффициент – 0,8.

5. 
   Если плита пустотная, то предел огнестойкости по признаку потери прочности определяется как для плиты сплошного сечения, а полученный результат умножается на коэффициент 0,9.
   

Примеры оценки пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций
Пример 1. Определить предел огнестойкости железобетонной плиты перекрытия жилого здания.
Дано: Железобетонная многопустотная плита перекрытия, размерами: пролет l=5,9 м; ширина b=1,2 м; толщина h=0,16 м (см. рис.1). Растянутая арматура кл. А-IIIв (A-400в), шесть стержней диаметром d_s=12 мм. Бетон тяжёлый, класса В15, толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры  м. Железобетонная плита свободна опертая.

h^{ м}
b=1,2 м


f

^{ м}
T st(

Рис. 1. Поперечное сечение заданной многопустотной железобетонной плиты перекрытия и принятая схема воздействия пожара на плиту

Решение:

1. 
   Выбираем схему воздействия пожара на заданную плиту.
   

Принимаем одностороннее воздействие пожара на плиту снизу, как самое неблагоприятное, т.к. растянутая арматура в этом случае защищена защитным слоем бетона.

2. 
   Выбираем исходную справочную информацию для определения предела огнестойкости заданной плиты, исходя из принятой схемы воздействия пожара.
   
3. 
   Определяем геометрические характеристики заданной плиты, необходимые для определения ее предела огнестойкости:
   
   1. 
      Для оценки огнестойкости железобетонной плиты перекрытия по признаку «R» (потере несущей способности) такой величиной является параметр aравный:
      

a   0,5  d _S

 0,02  0,006  0,026 м

2. 
   Для оценки огнестойкости железобетонной плиты перекрытия по признаку «I» (потере теплоизолирующей способности) такой величиной является толщина плиты h (в случае, если плита сплошная) и эффективная толщина плиты h_эфф

В нашем случае:

b  h  9 

  d

2

пуст

^hэфф

_4 _,

b

3,14  0,08²

^hэфф

1,2  0,16  9 

^4  0,12 м

1,2

4. 
   Определяем пределы огнестойкости заданной плиты
   
   1. 
      По признаку «R», согласно табл. 9.2.1 и примечаний к этой таблице имеем:
      

при a=0,026 м; _{f .r} (R)  0,9  60  R54

(коэффициент 0,9 появился по причине того, что

плита является не сплошной, а пустотной).

2. 
   По признаку «I», согласно табл. 9.2.1 и примечания 4 к этой таблице, имеем:
   

при h_эфф=0,12 м;

 _{f .r} (I )  I120

Пример 2. Определить предел огнестойкости железобетонной плиты для перекрытия многоэтажных производственных зданий.
Дано: Железобетонная ребристая плита, размерами: l=5650 мм, b=1485 мм, h=300 мм. Арматура горячекатаная, легированная, периодического профиля кл. А-IV (А600), диаметр d_s=20 мм.

Бетон – тяжелый, плотностью  кг/м³.

Поперечное сечение плиты представлено на рис. 2. Толщина защитного слоя бетона до края рабочей арматуры – 25 мм. Ширина ребра плиты – 80 мм.

35

















Рис. 2. Принятая схема воздействия пожара на плиту по примеру и геометрические характеристики, необходимые для оценки ее огнестойкости
Решение:

Согласно обычной раскладке сборных железобетонных плит, наиболее неблагоприятной схемой воздействия пожара на рассматриваемую плиту является трехстороннее воздействие пожара на сдвоенное ребро двух соседних плит.

Т.к. в наиболее неблагоприятных условиях при воздействии пожара оказываются сдвоенные ребра двух соседних плит (3-х стороннее огневое воздействие), то целесообразно предел огнестойкости рассматриваемой ребристой плиты определять по справочным таблицам (табл. 9.2.2, разд. 9.2.1 [1]), предназначенным для определения пределов огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с 3-х сторон.
Определяем геометрические характеристики сдвоенного ребра двух рассматриваемых соседних плит, необходимые для определения предела огнестойкости плиты.

Ширина сдвоенного ребра соседних плит:

b  80мм  80мм  _шва  170 мм Расстояние до оси рабочей арматуры:

а=25 мм + 10 мм = 35 мм.

Определяем искомое значение предела огнестойкости рассматриваемой плиты, как предел огнестойкости балки, образованной из сдвоенных ребер соседних плит:

Согласно табл. 9.2.2, разд. 9, для значения а=35 мм и b=170 мм, получаем значение предела огнестойкости рассматриваемой плиты:

 _{f .r} (R)  R60

Пример 3. Определить предел огнестойкости железобетонной фермы из тяжелого бетона.
Решение:

Выбираем наиболее уязвимый к воздействию пожара элемент фермы и схему воздействия пожара на этот элемент фермы.

Наиболее уязвимым к воздействию пожара является растянутый элемент нижнего пояса фермы.

Его сечение и схема воздействия пожара приведены на рис. 3.

f

T_f (

st

T_f (

st



T st(

Рис. 3. Поперечное сечение нижнего пояса заданной железобетонной фермы и схема воздействия пожара на этот элемент.
Выбираем справочную информацию о пределах огнестойкости железобетонных конструкций, соответствующую рассматриваемому случаю.

Справочная информация о пределах огнестойкости, соответствующая рассматриваемому случаю приведена в табл. 9.2.7, разд. 9.2.1.
Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной фермы.

При минимальной ширине поперечного сечения элемента b=180 мм и расстояние от поверхности элемента до оси рабочей арматуры a=45 мм имеем:

 _f.r(R)  R70

ПРИЛОЖЕНИЯ

Данные о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций

Таблица 1 (табл. 9.2.1 раздел 9 [1])

Пределы огнестойкости свободно опертых плит

Вид бетона и характеристики плит		Минимальные толщина плиты t и расстояние до оси арматуры a, мм	Пределы огнестойкости, мин.
			15	30	60	90	120	150	180
Тяжелый	Толщина плиты	t	30	50	80	100	120	140	155
	Опирание по двум сторонам или по контуру при ly / lx  1,5	a	10	15	25	35	45	60	70
	Опирание по контуру l y / lx  1,5	a	10	10	10	15	20	30	40
Легкий ( в 1,2 т/м3)	Толщина плиты	t	30	40	60	75	90	105	120
	Опирание по двум сторонам или по контуру при ly / lx  1,5	a	10	10	20	30	40	50	55
	Опирание по контуру l y / lx  1,5	a	10	10	10	10	15	25	30

Примечания:

1. 
   Минимальная толщина плиты t обеспечивает значение предела огнестойкости по признаку “I” , а расстояние до оси арматуры – значение предела огнестойкости по признаку “R”.
   
2. 
   Пределы огнестойкости многопустотных и ребристых с ребрами вверх панелей и настилов следует принимать по таблице 1, умножая их на коэффициент 0,9.
   
3. 
   Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5, и на 50%, если это отношение равно 1,0.
   
4. 
   Эффективная толщина многопустотной плиты для оценки предела огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площади пустот, на ее ширину.
   

Таблица 2 (табл. 9.2.2 раздел 9 [1])

Пределы огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с 3-х сторон.

Пределы огнестойкости балок из тяжелого бетона, мин.	Ширина балки b и расстояние до оси арматуры a	Минимальные размеры железобетонных балок, мм				Минимальная ширина ребра bw , мм
1	2	3				4
30	b a	80 25	120 15	160 10	200 10	80
60	b a	120 40	160 35	200 30	300 25	100
90	b a	150 55	200 45	280 40	400 35	100
120	b a	200 65	240 55	300 50	500 45	120
150	b a	240 80	300 70	400 65	600 60	140
180	b a	280 90	350 80	500 75	700 70	160

Примечания:

1. 
   Для двутавровых балок, у которых отношение ширины полки к ширине стенки больше 2, необходимо в ребре устанавливать поперечную арматуру. При этом отношении больше 3 пользоваться таблицей 2 нельзя.
   
2. 
   Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5, и на 50%, если это отношение равно 1,0.
   

Таблица 3 (табл. 9.2.7 раздел 9 [1])

Пределы огнестойкости растянутых железобетонных элементов (растянутые элементы ферм, арок, обогреваемых со всех сторон)

Вид бетона	Толщина стены b и расстояние до оси арматуры a	Минимальные размеры железобетонных стен, мм, с пределами огнестойкости, мин.
		30	60	90	120	150	180
Тяжелый	b a	80 25	120 40	150 55	200 65	240 80	280 90
Легкий	b a	80	120	150	200	240	280
( в 1,2		25	35	45	55	65	70
т/м3)

Примечание:

Полная площадь поперечного сечения бетона элемента должна быть не менее 2b²_min, где b_min – соответствующий размер для b в табл. 7.

Литература:

1. 
   Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. М., Ассоциация «Пожнаука», 2001.
   

Тема 3. Расчет пределов огнестойкости строительных конструкций

1. 
   Расчет пределов огнестойкости металлических конструкций
   

Факторы, определяющие огнестойкость металлических конструкций.
Предел огнестойкости металлической конструкции наступает:
а) в результате потери прочности
Примечание: Прочность твёрдых тел, в широком смысле — свойство твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению.
б) за счет потери устойчивости
Примечание: Устойчивость упругих систем, свойство упругих систем возвращаться к состоянию равновесия после малых отклонений их из этого состояния.
Тому и другому случаю соответствует определенная температура нагрева конструкции, называемая критической ( t_кр ), которая, в свою очередь, зависит:
а) от вида конструкции (профиля сечения) б) размеров конструкции

в) схемы опирания г) схемы нагружения

д) величины рабочей (нормативной) нагрузки
Примечание: Нормативная нагрузка в строительной механике, наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации зданий и сооружений; используется при расчётах конструкций по предельным состояниям.
е) условий обогрева конструкции (с одной или нескольких сторон) ж) марки металла

Расчеты пределов огнестойкости металлических конструкций связаны с решением прочностной (статической) и теплотехнической задач.
Прочностная (статическая) задача.

При решении прочностной (статической) задачи определяется величина напряжений от нормативной нагрузки в наиболее нагруженном сечении конструкции. При равенстве этих напряжений нормативному сопротивлению металла считается, что сечение конструкции утратит способность сопротивляться действию нормативной нагрузки. Поскольку нормативное сопротивление металла снижается при увеличении температуры, то это равенство будет определять критическую температуру конструкции, т.е. температуру до которой можно нагреть конструкцию при данной величине напряжений в сечении конструкции.

Теплотехническая задача.

При решении теплотехнической задачи определяется время прогрева конструкции до критической температуры. При этом принимается, что конструкции обогреваются в условиях стандартного температурного режима пожара при граничных условиях 3-го рода (с учетом теплообмена конструкции с окружающей средой).
Расчет огнестойкости конструкций целесообразно начинать с прочностной части, т.е. с определения критических напряжений и, следовательно, критической температуры конструкции. Далее производят теплотехнический расчет, в результате чего находят время прогрева конструкции до критической температуры, т.е. ее предел огнестойкости.

2. Определение температурного коэффициента снижения прочности

стали _tem

для металлических конструкций в различных схемах нагрузки

Температурный коэффициент снижения прочности стали _tem

определяется отношением

величины напряжения в наиболее нагруженном сечении конструкции к ее нормативному сопротивлению по пределу текучести:

  ^n tem _R

уп

1. 
   Температурный коэффициент снижения прочности стали для изгибаемых элементов.
   

Для изгибаемых элементов (см. рис. 4.1)

















(рис. 4.1)
критическое состояние сечений изгибаемых конструкций определяет следующее равенство:

где:

  ^Mn


n
^Wпл

^{ } tem

• 
  R_уп,
  

 _n- нормальные напряжения в сечении конструкции, Н/м²или Па;

M_n

^Wпл

• 
  изгибающий момент от нормативной нагрузки в сечении конструкции, Н^.м;
  
• 
  пластический момент сопротивления сечения, м³;
  

 _tem - температурный коэффициент снижения сопротивления стали;

^Rуп

где:

• 
  нормативное сопротивление стали по пределу текучести, Па.
  

W_пл  W  C ,

W - момент сопротивления сечения, м³;

C - коэффициент развития пластических деформаций.
При расчетах пределов огнестойкости значения коэффициента C следует принимать равными:

• 
  для прямоугольного сечения – 1,5;
  
• 
  для двутавров и швеллеров – 1,17;
  
• 
  для труб – 1,25.
  

Отсюда:

^ tem

_ M_n

W  C  R_уп

2. 
   Температурный коэффициент снижения прочности стали для растянутых и сжатых элементов.
   

Для центрально растянутых и сжатых элементов критическое состояние сечений конструкций определяет следующее равенство:

где:

  ^Nn

n _A

^{ } tem

• 
  R_уп,
  

N_n - нормативная нагрузка (осевая сила), Н; A - площадь сечения, м²;

 _tem - температурный коэффициент снижения сопротивления

стали;

^Rуп

Па.

• 
  нормативное сопротивление стали по пределу текучести,
  

Из этого равенства следует формула для вычисления критических значений _tem .

^ tem

_ N_n

R_уп  A

3. 
   3. Расчет критической температуры t_кр
   Определение критической температуры t_кр

1. 
   Критическая температура прогрева для растянутых и изгибаемыхэлементов.
   

Для растянутых элементов и изгибаемых элементов критическая температура определяется в зависимости от найденного значения _tem по следующим формулам:

При _tem <0,6 При _tem  0,6

t_кр  750  440  _tem

t_кр  1330  (1  _tem)

2. 
   Критическая температура прогрева для центрально-сжатыхэлементов.
   

Для центрально сжатых элементов критическая температура определяется с учетом возможной потери устойчивости этих элементов. Потерю устойчивости элемента определяет начальная (до пожара) разность между критической деформацией устойчивости и деформацией от действия нагрузки.
 ^ 2 ^

^{ } 

_{ }n_,

где:

_{ } ^lef

i

• 
  гибкость элемента;
  

_  _ E

i - радиус инерции сечения в плоскости возможного изгиба, м;

^lef

   l - расчетная длина элемента, м;

l - конструктивная длина элемента, м;

 - коэффициент расчетной длины (табл. 71а СНиП II-23-81*)

Схема закреп- ления и вид нагрузки	N	N	N
	1.0	0,7	0,5

( =1 - для шарнирного опирания по концам, =0,7 – для жесткого закрепления внизу и шарнирного опирания сверху, =0,5 - для жесткого закрепления концов);

E - модуль упругости стали, Па (для прокатной стали Е=2,0610¹¹ Па, табл. 63 СНиП II-23-81*) .
Критическая температура центрально сжатых элементов определяется по таблице в зависимости от вычисленных значений _tem и (приложение II [1])

.

 104	о Критическая температура tкр ( С) при значениях tem
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
0	20	20	20	20	20	20	20	20
1	490	366	306	267	238	220	204	189
2	634	521	427	379	340	311	284	232
3	658	603	520	456	409	372	345	246
4	672	630	577	512	465	423	373	252
5	681	641	598	544	496	451	386	255
6	686	647	607	558	517	468	389	257
7	689	650	610	564	523	476	392	259
8	692	652	612	569	526	479	394	261
10	696	656	614	572	529	483	396	263
12	700	658	616	573	529	485	398	265
14	702	660	617	573	529	485	398	265
16	704	661	617	574	530	486	399	266
18	705	662	618	574	530	486	399	266
20	706	662	618	574	530	486	399	266

При значениях 

формулам:
При _tem <0,6 При _tem  0,6

>20^.10^-4 критическую температуру следует определять по
t_кр  750  440  _tem

t_кр  1330  (1  _tem)

Зная критическую температуру прогрева металлической конструкции t_кр на основе

определенной величины приведенной толщины сечения t

red

 ^A , где А - площадь сечения

U

без учета скруглений, U – обогреваемая часть периметра сечения, определяется время достижения предела огнестойкости металлической конструкции по следующей таблице.

Температура прогрева незащищенных стальных пластин (приложение III [1])

tred, мм	Температура (оС) прогрева незащищенных стальных пластин (мин.)
	5	10	15	20	25	30	35	40	45
0	569	675	736	780	813	841	864	884	902
1	488	653	721	769	803	837	861	882	900
2	415	621	706	759	795	833	857	880	897
3	351	592	689	748	786	828	853	878	894
4	296	561	670	736	777	823	849	875	891
6	212	495	626	709	758	810	839	868	884
8	163	421	576	680	738	795	827	860	876
10	150	342	519	647	718	778	814	850	868
15	116	276	431	552	656	722	773	817	843
20	98	217	352	473	571	660	724	774	813

Литература:

1. 
   В.М. Бубнов. Задачи и упражнения по огнестойкости строительных конструкций. Методическое пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2004.
   

4. Примеры решения задач на определение огнестойкости металлических конструкций

Пример 1.

Расчет фактического предела огнестойкости металлической балки.
Дано:

Металлическая шарнирноопертая балка, пролетом l=6 м. Сечение двутавр

№36 по ГОСТ 8239 (горячекатанный с уклоном граней полок). Двутавр изготовлен из стали С 245 (R_уп=245 МПа, см. табл. 51* СНиП II-23-81). Нагрузка на балку – центрально симметричная равномерно распределенная - q_н=15 кН/м.





Рис.

Р

t_f