LLC архитектурно-продуцентска компания. Изчисляване на границата на огнеустойчивост на стоманобетонна подова плоча Изчисляване на границата на огнеустойчивост на пода на сграда
Най-често срещаният материал в
конструкцията е стоманобетонна. Комбинира бетон и стоманена армировка,
рационално разположени в структура за поемане на силите на опън и натиск
усилие.
Бетонът издържа добре на натиск и
по-лошо - изкълчване. Тази характеристика на бетона е неблагоприятна за огъване и
опънати елементи. Най-често срещаните гъвкави строителни елементи
са плочи и греди.
За компенсиране на неблагоприятни
бетонни процеси, конструкциите обикновено са подсилени със стоманена армировка. Подсилване
плочи със заварени мрежи, състоящи се от пръчки, разположени по две взаимно
перпендикулярни посоки. Решетките се полагат в плочи по такъв начин, че
прътите на работната им армировка бяха разположени по протежение на участъка и възприемани
сили на опън, възникващи в конструкциите при огъване под натоварване, в
в съответствие с диаграмата на натоварванията на огъване.
IN
условия на пожар, на които са изложени плочите висока температураотдолу,
намаляването на тяхната носеща способност се дължи главно на намаляване на
якост на нагрята армировка на опън. Обикновено такива елементи
са унищожени в резултат на образуването на пластмасова панта в разрез с
максимален момент на огъване поради намалена якост на опън
нагрята опънна армировка до стойността на работните напрежения в нейното напречно сечение.
Осигуряване на противопожарна защита
безопасността на сградата изисква повишена огнеустойчивост и пожарна безопасност
стоманобетонни конструкции. За това се използват следните технологии:
- армиране на плочи
само плетени или заварени рамки, а не разхлабени отделни пръти; - за да се избегне изкълчване на надлъжната армировка при нагряване по време
по време на пожар е необходимо да се осигури структурна армировка със скоби или
напречни пръти; - дебелината на долния защитен слой на подовия бетон трябва да бъде
достатъчна, за да се затопли не повече от 500°C и след пожар не
повлия на по-нататъшната безопасна експлоатация на конструкцията.
Изследванията установяват, че при нормализирана граница на огнеустойчивост R=120 дебел
защитният слой на бетона трябва да бъде минимум 45 mm, при R=180 - минимум 55 mm,
при R=240 - не по-малко от 70 mm; - V защитен слойбетон на дълбочина 15–20 mm от дъното
подовата повърхност трябва да бъде снабдена с армировъчна мрежа против разцепване
от тел с диаметър 3 mm с размер на окото 50–70 mm, намаляващ интензитета
експлозивно разрушаване на бетон; - укрепване на носещите секции на тънкостенни напречни подове
армировка, която не е предвидена в обичайните изчисления; - увеличаване на границата на огнеустойчивост поради подреждането на плочите,
поддържа се по контура; - използването на специални мазилки (използващи азбест и
перлит, вермикулит). Дори при малки размери на такива мазилки (1,5 - 2 см)
огнеустойчивостта на стоманобетонните плочи се увеличава няколко пъти (2 - 5); - увеличаване на границата на пожароустойчивост поради окачен таван;
- защита на компоненти и фуги на конструкции със слой от бетон с необходимите
граница на пожароустойчивост.
Тези мерки ще осигурят подходяща пожарна безопасност на сградата.
Стоманобетонната конструкция ще придобие необходимата огнеустойчивост и
Пожарна безопасност.
Използвани книги:
1. Сгради и конструкции и тяхната устойчивост
в случай на пожар. Държавна противопожарна служба на Министерството на извънредните ситуации на Русия, 2003 г
2. MDS 21-2.2000.
Методически препоръки за изчисляване на огнеустойчивостта на стоманобетонни конструкции.
- М.: Държавно унитарно предприятие "НИИЖБ", 2000. - 92 с.
Определяне на границите на огнеустойчивост на строителни конструкции
Определяне границата на огнеустойчивост на стоманобетонни конструкции
Първоначални данни за стоманобетонна плочатавани са показани в таблица 1.2.1.1
Вид бетон - лек бетон с плътност c = 1600 kg/m3 с едър керамзит; Плочите са многокухи, с кръгли кухини, броят на кухините е 6 броя, плочите се поддържат от двете страни.
1) Ефективна дебелина на куха плоча teff за оценка на границата на огнеустойчивост въз основа на топлоизолационната способност съгласно точка 2.27 от Наръчника към SNiP II-2-80 (Пожароустойчивост):
2) Определете според таблицата. 8 Указания за границата на огнеустойчивост на плоча въз основа на загубата на топлоизолационен капацитет за плоча, изработена от лек бетонс ефективна дебелина 140 mm:
Границата на огнеустойчивост на плочата е 180 min.
3) Определете разстоянието от нагрятата повърхност на плочата до оста на армировката на пръта:
4) Използвайки таблица 1.2.1.2 (Таблица 8 от Ръководството), ние определяме границата на огнеустойчивост на плочата въз основа на загубата на носеща способност при a = 40 mm, за лек бетон, когато се поддържа от двете страни.
Таблица 1.2.1.2
Граници на огнеустойчивост на стоманобетонни плочи
Необходимата граница на огнеустойчивост е 2 часа или 120 минути.
5) Съгласно точка 2.27 от Ръководството, за определяне на границата на огнеустойчивост на плочи с кухи сърцевини се прилага коефициент на намаляване от 0,9:
6) Определяме общото натоварване на плочите като сума от постоянни и временни натоварвания:
7) Определете съотношението на дългодействащата част от товара към пълното натоварване:
8) Коефициент на корекция за натоварване съгласно точка 2.20 от ръководството:
9) Съгласно клауза 2.18 (част 1 b) от ръководството, ние приемаме коефициента за армиране
10) Определяме границата на огнеустойчивост на плочата, като вземем предвид коефициентите на натоварване и армировка:
Границата на огнеустойчивост на плочата по отношение на товароносимостта е
Въз основа на резултатите, получени по време на изчисленията, установихме, че границата на огнеустойчивост на стоманобетонна плоча по отношение на товароносимостта е 139 минути, а по отношение на топлоизолационната способност е 180 минути. Необходимо е да се вземе най-ниската граница на огнеустойчивост.
Заключение: граница на огнеустойчивост на стоманобетонна плоча REI 139.
Определяне на границите на огнеустойчивост на стоманобетонни колони
Вид бетон - тежък бетон с плътност c = 2350 kg/m3 с едър добавъчен материал от карбонатни скали (варовик);
Таблица 1.2.2.1 (Таблица 2 от ръководството) показва стойностите на действителните граници на огнеустойчивост (POf) на стоманобетонни колони с различни характеристики. В този случай POf се определя не от дебелината на защитния слой бетон, а от разстоянието от повърхността на конструкцията до оста на работната армировъчна греда (), което в допълнение към дебелината на защитния слой , включва и половината от диаметъра на работния армировъчен прът.
1) Определете разстоянието от нагрятата повърхност на колоната до оста на армировката на пръта, като използвате формулата:
2) Съгласно клауза 2.15 от Ръководството за конструкции от бетон с карбонатен пълнител, размер напречно сечениедопуска се намаляване с 10% при същата граница на огнеустойчивост. След това определяме ширината на колоната по формулата:
3) Използвайки таблица 1.2.2.2 (Таблица 2 от ръководството), определяме границата на огнеустойчивост за колона от лек бетон с параметри: b = 444 mm, a = 37 mm, когато колоната се нагрява от всички страни.
Таблица 1.2.2.2
Граници на огнеустойчивост на стоманобетонни колони
Необходимата граница на огнеустойчивост е в диапазона между 1,5 часа и 3 часа, като използваме метода на линейна интерполация. Данните са дадени в таблица 1.2.2.3
За да решим статичната част на проблема, намаляваме формата на напречното сечение на стоманобетонна подова плоча с кръгли кухини (Приложение 2, Фиг. 6) до изчислената Т-образна.
Нека определим момента на огъване в средата на участъка поради действието на стандартното натоварване и собственото тегло на плочата:
Където р / н– стандартно натоварване на 1 линеен метър плоча, равно на:
Разстоянието от долната (нагрята) повърхност на панела до оста на работните фитинги ще бъде:
mm,
Където д– диаметър на арматурните пръти, mm.
Средното разстояние ще бъде:
mm,
Където А– площ на напречното сечение на арматурния прът (точка 3.1.1.), mm 2.
Нека определим основните размери на изчисленото Т-образно сечение на панела:
ширина: b f = b= 1,49 m;
Височина: ч f = 0,5 (ч-П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 mm;
Разстояние от неотопляемата повърхност на конструкцията до оста на армировъчната греда ч о = ч – а= 220 – 21 = 199 mm.
Ние определяме якостта и топлофизичните характеристики на бетона:
Стандартна якост на опън Р млрд= 18,5 MPa (Таблица 12 или точка 3.2.1 за бетон клас B25);
Фактор на надеждност b = 0,83 ;
Проектна якост на бетона чрез максимална якост Р бу = Р млрд / b= 18,5 / 0,83 = 22,29 MPa;
Коефициент на топлопроводимост T = 1,3 – 0,00035T ср= 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 W m -1 K -1 (точка 3.2.3.),
Където T ср– средна температура по време на пожар равна на 723 K;
Специфична топлина СЪС T = 481 + 0,84T ср= 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 J kg -1 K -1 (раздел 3.2.3.);
Даден коефициент на топлопроводимост:
Коефициенти в зависимост от средната плътност на бетона ДА СЕ= 39 s 0,5 и ДА СЕ 1 = 0,5 (клауза 3.2.8, точка 3.2.9.).
Определете височината на компресираната зона на плочата:
Определяме напрежението в армировката на опън от външно натоварване в съответствие с прил. 4:
защото х T= 8,27 mm ч f= 30,5 мм, тогава
Където Като– общата площ на напречното сечение на армировъчните пръти в зоната на опън на напречното сечение на конструкцията, равна на 5 пръта12 mm 563 mm 2 (точка 3.1.1.).
Нека определим критичната стойност на коефициента на промяна на якостта на армировъчната стомана:
,
Където Р су– проектно съпротивление на армировката по отношение на максимална якост, равно на:
Р су = Р сн / с= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (тук с– коефициент на надеждност на армировката, приет равен на 0,9);
Р сн– стандартна якост на опън на армировката, равна на 390 MPa (таблица 19 или точка 3.1.2).
Разбрах това stcr1. Това означава, че напреженията от външното натоварване в опънната армировка надвишават стандартната устойчивост на армировката. Следователно е необходимо да се намали напрежението от външното натоварване в армировката. За да направим това, ще увеличим броя на армировъчните пръти на панела12mm до 6. След това А с= 679 10 -6 (раздел 3.1.1.).
MPa,
.
Нека определим критичната температура на нагряване на носещата армировка в зоната на опън.
Съгласно таблицата в точка 3.1.5. Използвайки линейна интерполация, ние определяме, че за армировка от клас A-III, стомана клас 35 GS и stcr = 0,93.
T stcr= 475C.
Времето, необходимо на армировката да се загрее до критичната температура за плоча с плътно напречно сечение, ще бъде действителната граница на огнеустойчивост.
s = 0,96 часа,
Където х– аргумент на функцията за грешка на Гаус (Кръмп), равен на 0,64 (клауза 3.2.7.) в зависимост от стойността на функцията за грешка на Гаус (Кръмп), равна на:
(Тук T н– температурата на конструкцията преди пожара се приема равна на 20С).
Действителната граница на пожароустойчивост на подова плоча с кръгли празнини ще бъде:
П f = 0,9 = 0,960,9 = 0,86 часа,
където 0,9 е коефициент, който отчита наличието на празнини в плочата.
Тъй като бетонът е незапалим материал, тогава, очевидно, действителният клас на опасност от пожар на конструкцията е K0.
Стоманобетонните конструкции, поради своята незапалимост и сравнително ниска топлопроводимост, доста добре се противопоставят на въздействието на агресивните пожарни фактори. Въпреки това, те не могат да устояват на огъня за неопределено време. Съвременните стоманобетонни конструкции като правило са направени от тънки стени, без монолитна връзка с други елементи на сградата, което ограничава способността им да изпълняват оперативните си функции в условия на пожар до 1 час, а понякога и по-малко. Навлажнените стоманобетонни конструкции имат още по-ниска граница на огнеустойчивост. Ако увеличаването на съдържанието на влага в конструкцията до 3,5% увеличи границата на огнеустойчивост, тогава по-нататъшното увеличаване на съдържанието на влага в бетона с плътност над 1200 kg / m 3 по време на краткотраен пожар може да причини експлозия на бетон и бързо разрушаване на конструкцията.
Границата на огнеустойчивост на стоманобетонната конструкция зависи от размерите на нейното напречно сечение, дебелината на защитния слой, вида, количеството и диаметъра на армировката, класа на бетона и вида на добавъчния материал, натоварването на конструкцията и неговата схема за поддръжка.
Границата на огнеустойчивост на ограждащи конструкции чрез нагряване на противоположната на огъня повърхност до 140 ° C (подове, стени, прегради) зависи от тяхната дебелина, вида на бетона и неговата влажност. С увеличаване на дебелината и намаляване на плътността на бетона границата на огнеустойчивост се увеличава.
Границата на огнеустойчивост въз основа на загубата на товароносимост зависи от вида и статична схемаподдържане на конструкцията. Еднопролетните просто поддържани огъващи елементи (гредови плочи, панели и подови настилки, греди, греди) се унищожават в случай на пожар в резултат на нагряване на надлъжната долна работна армировка до максималната критична температура. Границата на огнеустойчивост на тези конструкции зависи от дебелината на защитния слой на долната работна армировка, класа на армировката, работното натоварване и топлопроводимостта на бетона. За гредите и греди границата на огнеустойчивост също зависи от ширината на сечението.
При същите конструктивни параметри границата на огнеустойчивост на гредите е по-малка от тази на плочите, тъй като в случай на пожар гредите се нагряват от три страни (от дъното и две странични стени), а плочите се нагряват само от долна повърхност.
Най-добрата армировъчна стомана по отношение на огнеустойчивостта е стомана от клас A-III 25G2S. Критичната температура на тази стомана в момента на достигане на границата на огнеустойчивост на конструкция, натоварена със стандартен товар, е 570°C.
Фабрично произведените големи кухи предварително напрегнати настилки от тежък бетон със защитен слой 20 mm и прътова армировка от стомана клас A-IV имат граница на огнеустойчивост 1 час, което позволява използването на тези настилки в жилищни сгради.
Плочи и панели от масивна секция, изработени от обикновен стоманобетон със защитен слой от 10 mm, имат граници на огнеустойчивост: стоманена армировка класове A-Iи A-II - 0,75 часа; A-III (клас 25G2S) - 1 ч.л.
В някои случаи тънкостенни гъвкави конструкции (кухи и оребрени панели и настилки, напречни греди и греди с ширина на сечението 160 mm или по-малко, без вертикални рамки при опорите) могат да се срутят преждевременно в случай на пожар по наклонения участък при опорите. Този вид разрушаване се предотвратява чрез монтиране на вертикални рамки с дължина най-малко 1/4 от обхвата върху опорните зони на тези конструкции.
Плочите, поддържани по контура, имат граница на огнеустойчивост значително по-висока от обикновените огъващи се елементи. Тези плочи са армирани с работна армировка в две посоки, така че тяхната огнеустойчивост зависи допълнително от съотношението на армировката в късите и дългите участъци. За квадратни плочи с това съотношение, равно на единица, критичната температура на армировката в началото на границата на огнеустойчивост е 800°C.
С увеличаването на аспектното съотношение на плочата критичната температура намалява и следователно границата на огнеустойчивост също намалява. При аспектно съотношение повече от четири, границата на огнеустойчивост е почти равна на границата на огнеустойчивост на плочите, поддържани от двете страни.
Статично неопределените греди и гредови плочи, когато се нагряват, губят своята носеща способност в резултат на разрушаване на опорните и обхватни секции. Секциите в участъка се разрушават в резултат на намаляване на якостта на долната надлъжна армировка, а опорните секции се разрушават в резултат на загуба на якост на бетона в долната компресирана зона, която се нагрява до високи температури. Скоростта на нагряване на тази зона зависи от размерите на напречното сечение, поради което огнеустойчивостта на статически неопределените гредови плочи зависи от тяхната дебелина, а на гредите от ширината и височината на сечението. При големи размеринапречно сечение, границата на огнеустойчивост на разглежданите конструкции е значително по-висока от тази на статично определени конструкции (еднопролетни просто поддържани греди и плочи), а в някои случаи (за дебели гредови плочи, за греди със силна горна опорна армировка ) практически не зависи от дебелината на защитния слой при надлъжната долна армировка.
Колони. Границата на огнеустойчивост на колоните зависи от модела на прилагане на натоварването (централно, ексцентрично), размерите на напречното сечение, процента на армировката, вида на едрия бетонов агрегат и дебелината на защитния слой на надлъжната армировка.
Разрушаването на колоните при нагряване възниква в резултат на намаляване на якостта на армировката и бетона. Прилагането на ексцентричен товар намалява огнеустойчивостта на колоните. Ако натоварването се прилага с голям ексцентрицитет, тогава огнеустойчивостта на колоната ще зависи от дебелината на защитния слой на опънната армировка, т.е. Характерът на работата на такива колони при нагряване е същият като този на обикновените греди. Огнеустойчивостта на колона с малък ексцентрицитет се доближава до огнеустойчивостта на централно компресирани колони. Колоните, изработени от бетон върху натрошен гранит, имат по-ниска огнеустойчивост (20%) от колоните върху варов натрошен камък. Това се обяснява с факта, че гранитът започва да се срутва при температура от 573 ° C, а варовикът започва да се срутва при температура от 800 ° C.
Стени. По време на пожари, като правило, стените се нагряват от едната страна и следователно се огъват или към огъня, или в обратната посока. Стената се превръща от централно компресирана структура в ексцентрично компресирана с нарастващ ексцентрицитет с течение на времето. При тези условия огнеустойчивост носещи стенидо голяма степен зависи от натоварването и тяхната дебелина. С увеличаване на натоварването и намаляване на дебелината на стената, нейната граница на огнеустойчивост намалява и обратно.
С увеличаването на броя на етажите на сградите, натоварването върху стените се увеличава, следователно, за да се осигури необходимата огнеустойчивост, дебелината на носещите напречни стени в жилищните сгради се приема равна (mm): в 5. , 9-етажни сгради - 120, 12-етажни - 140, 16-етажни - 160 , в сгради с височина над 16 етажа - 180 или повече.
Еднослойните, двуслойните и трислойните самоносещи външни стенни панели са подложени на леки натоварвания, така че огнеустойчивостта на тези стени обикновено отговаря на изискванията за пожарна безопасност.
Носещата способност на стените при висока температура се определя не само от промените в якостните характеристики на бетона и стоманата, но главно от деформируемостта на елемента като цяло. Пожароустойчивостта на стените се определя, като правило, от загубата на носеща способност (разрушаване) в нагрято състояние; знакът за нагряване на "студена" повърхност на стената при 140 ° C не е типичен. Границата на огнеустойчивост зависи от работното натоварване (коефициента на безопасност на конструкцията). Разрушаването на стените от едностранно въздействие се извършва по една от трите схеми:
- 1) с необратимо развитие на деформация към нагрятата повърхност на стената и нейното разрушаване в средата на височината поради първия или втория случай на ексцентрично компресиране (над нагрята армировка или "студен" бетон);
- 2) като елементът се отклонява в началото в посока на нагряване, а в крайния етап в обратната посока; разрушаване - в средата на височината върху нагрят бетон или върху „студена“ (опъната) армировка;
- 3) с променлива посока на отклонение, както в схема 1, но разрушаването на стената става в опорните зони по бетона на „студената“ повърхност или по наклонени участъци.
Първият модел на повреда е типичен за гъвкави стени, вторият и третият - за стени с по-малка гъвкавост и такива, поддържани на платформа. Ако ограничите свободата на въртене на носещите секции на стената, какъвто е случаят с опората на платформата, нейната деформируемост намалява и следователно границата на огнеустойчивост се увеличава. По този начин платформената опора на стените (на неразместими равнини) увеличи границата на огнеустойчивост средно два пъти в сравнение с шарнирната опора, независимо от модела на разрушаване на елемента.
Намаляването на процента на укрепване на стената с шарнирна опора намалява границата на огнеустойчивост; с опора на платформа, промяната в обичайните граници на армировката на стените практически няма ефект върху тяхната огнеустойчивост. Когато една стена се нагрява едновременно от двете страни (вътрешни стени), тя не изпитва топлинна деформация, конструкцията продължава да работи върху централно компресиране и следователно границата на огнеустойчивост не е по-ниска, отколкото при едностранно отопление.
Основни принципи за изчисляване на огнеустойчивостта на стоманобетонни конструкции
Огнеустойчивостта на стоманобетонните конструкции се губи, като правило, в резултат на загуба на носеща способност (срутване) поради намаляване на якостта, топлинно разширение и температурно пълзене на армировката и бетона при нагряване, както и поради до нагряване на повърхността, която не е обърната към огъня, с 140 ° C. Според тези показатели - Границата на огнеустойчивост на стоманобетонни конструкции може да се намери чрез изчисление.
Като цяло изчислението се състои от две части: термична и статична.
В част топлотехника температурата се определя по напречното сечение на конструкцията при нейното нагряване по стандарт температурни условия. В статичната част се изчислява носещата способност (якост) на отопляемата конструкция. След това се чертае графика (фиг. 3.7) за намаляването на неговата носимоспособност във времето. С помощта на тази графика се намира границата на огнеустойчивост, т.е. време за нагряване, след което товароносимостконструкцията ще бъде намалена до работното натоварване, т.е. когато се изпълнява равенството: M rt (N rt) = M n (M n), където M rt (N rt) е носещата способност на огъващата се (компресирана или ексцентрично компресирана) конструкция;
M n (M n), - момент на огъване (надлъжна сила) от стандартно или друго работно натоварване.