Resistência ao fogo de lajes. Resistência ao fogo de estruturas de concreto armado

Determinação dos limites de resistência ao fogo de estruturas de edifícios

Determinação do limite de resistência ao fogo de estruturas de concreto armado

Dados iniciais para laje de concreto armado os tetos são mostrados na tabela 1.2.1.1

Tipo de concreto - Concreto leve densidade c = 1600 kg/m3 com agregado graúdo de argila expandida; As lajes são multi-ocas, com vazios redondos, o número de vazios é de 6 peças, as lajes são apoiadas em ambos os lados.

1) Espessura efetiva laje alveolar tef para avaliar o limite de resistência ao fogo com base na capacidade de isolamento térmico de acordo com a cláusula 2.27 do Manual SNiP II-2-80 (Resistência ao fogo):

2) Determine de acordo com a tabela. 8 Limite de resistência ao fogo de uma laje baseado na perda de capacidade de isolamento térmico para uma laje de concreto leve com espessura efetiva de 140 mm:

O limite de resistência ao fogo da laje é de 180 min.

3) Determine a distância da superfície aquecida da laje ao eixo da armadura da haste:

4) Utilizando a tabela 1.2.1.2 (Tabela 8 do Manual), determinamos o limite de resistência ao fogo da laje com base na perda de capacidade resistente em a = 40 mm, para concreto leve quando apoiado nos dois lados.

Tabela 1.2.1.2

Limites de resistência ao fogo de lajes de concreto armado


O limite de resistência ao fogo exigido é de 2 horas ou 120 minutos.

5) De acordo com a cláusula 2.27 do Manual, para determinação do limite de resistência ao fogo de lajes alveolares, aplica-se um fator de redução de 0,9:

6) Determinamos a carga total nas lajes como a soma das cargas permanentes e temporárias:

7) Determine a relação entre a parte de ação prolongada da carga e a carga total:

8) Fator de correção para carga conforme cláusula 2.20 do Manual:

9) Conforme cláusula 2.18 (parte 1 b) do manual, aceitamos o coeficiente de armadura

10) Determinamos o limite de resistência ao fogo da laje levando em consideração os coeficientes de carga e armadura:

O limite de resistência ao fogo da laje em termos de capacidade de carga é

Com base nos resultados obtidos durante os cálculos, constatamos que o limite de resistência ao fogo de uma laje de concreto armado em termos de capacidade resistente é de 139 minutos e em termos de capacidade de isolamento térmico é de 180 minutos. É necessário considerar o limite mínimo de resistência ao fogo.

Conclusão: limite de resistência ao fogo da laje de concreto armado REI 139.

Determinação dos limites de resistência ao fogo de pilares de concreto armado

Tipo de concreto - concreto pesado com densidade c = 2350 kg/m3 com agregado graúdo de rochas carbonáticas (calcário);

A Tabela 1.2.2.1 (Tabela 2 do Manual) apresenta os valores dos limites reais de resistência ao fogo (POf) de pilares de concreto armado com características diferentes. Neste caso, o POf é determinado não pela espessura da camada protetora de concreto, mas pela distância da superfície da estrutura ao eixo da armadura de trabalho (), que, além da espessura da camada protetora , também inclui metade do diâmetro da barra de reforço de trabalho.

1) Determine a distância da superfície aquecida do pilar ao eixo da armadura da haste usando a fórmula:

2) Conforme cláusula 2.15 do Manual para estruturas de concreto com carga carbonática, tamanho corte transversalé permitido reduzir em 10% com o mesmo limite de resistência ao fogo. Em seguida, determinamos a largura da coluna usando a fórmula:

3) Utilizando a tabela 1.2.2.2 (Tabela 2 do Manual), determinamos o limite de resistência ao fogo para um pilar de concreto leve com os parâmetros: b = 444 mm, a = 37 mm quando o pilar é aquecido por todos os lados.

Tabela 1.2.2.2

Limites de resistência ao fogo de pilares de concreto armado


O limite de resistência ao fogo exigido está na faixa entre 1,5 horas e 3 horas. Para determinar o limite de resistência ao fogo, utilizamos o método de interpolação linear. Os dados são fornecidos na tabela 1.2.2.3

Tabela 2.18

Densidade de concreto leve? = 1600 kg/m3 com agregado graúdo de argila expandida, lajes com vazios redondos no valor de 6 peças, as lajes são apoiadas livremente em ambos os lados.

1. Vamos determinar a espessura efetiva da laje alveolar teff para avaliar o limite de resistência ao fogo com base na capacidade de isolamento térmico de acordo com a cláusula 2.27 do Manual:

onde está a espessura da laje, mm;

  • - largura da laje, mm;
  • - número de vazios, unid.;
  • - diâmetro dos vazios, mm.
  • 2. Determine de acordo com a tabela. 8 Diretrizes para o limite de resistência ao fogo de uma laje com base na perda de capacidade de isolamento térmico para uma laje composta por peça pesada de concreto com espessura efetiva de 140 mm:

Limite de resistência ao fogo da laje com base na perda de capacidade de isolamento térmico

3. Determine a distância da superfície aquecida da laje ao eixo da armadura da haste:

onde está a espessura da camada protetora de concreto, mm;

  • - diâmetro dos acessórios de trabalho, mm.
  • 4. Conforme tabela. 8 Manuais Determinamos o limite de resistência ao fogo de uma laje com base na perda de capacidade resistente em a = 24 mm, para concreto pesado e quando apoiada nos dois lados.

O limite de resistência ao fogo exigido está na faixa entre 1 hora e 1,5 horas, determinamos por interpolação linear:

O limite de resistência ao fogo da laje sem levar em consideração fatores de correção é de 1,25 horas.

  • 5. De acordo com a cláusula 2.27 do Manual, para determinação do limite de resistência ao fogo de lajes alveolares, é aplicado um fator de redução de 0,9:
  • 6. Determinamos a carga total na laje como a soma das cargas permanentes e temporárias:
  • 7. Determine a proporção entre a parte de longo prazo da carga e a carga total:

8. Fator de correção para carga conforme cláusula 2.20 do Manual:

  • 9. De acordo com a cláusula 2.18 (parte 1 a) Benefícios, aceitamos o coeficiente? para acessórios A-VI:
  • 10. Determinamos o limite de resistência ao fogo da laje, levando em consideração os coeficientes de carga e armadura:

O limite de resistência ao fogo da laje em termos de capacidade de carga é R 98.

O limite de resistência ao fogo da laje é considerado o menor de dois valores - a perda de capacidade de isolamento térmico (180 min) e a perda de capacidade de carga (98 min).

Conclusão: o limite de resistência ao fogo de uma laje de concreto armado é REI 98

Conforme mencionado acima, o limite de resistência ao fogo das estruturas de concreto armado à flexão pode ocorrer devido ao aquecimento da armadura de trabalho localizada na zona de tensão a uma temperatura crítica.

Neste sentido, o cálculo da resistência ao fogo de uma laje alveolar será determinado pelo tempo de aquecimento da armadura de trabalho esticada até à temperatura crítica.

A seção transversal da laje é mostrada na Fig. 3.8.

b p b p b p b p b p

h h 0

A é

Figura 3.8. Seção transversal de projeto de uma laje alveolar

Para calcular a laje, sua seção transversal é reduzida a uma seção em T (Fig. 3.9).

b' f

x tem ≤h´ f

h' f

eh 0

x tem >h´ f

A é

a∑b R

Figura 3.9. Seção em T de uma laje alveolar para cálculo de sua resistência ao fogo

Subsequência

cálculo do limite de resistência ao fogo de elementos planos flexíveis de concreto armado alveolares


3. Se, então  é , tem determinado pela fórmula

Onde em vez disso b usado ;

Se
, então deve ser recalculado usando a fórmula:

    De acordo com 3.1.5 é determinado t é , cr(temperatura critica).

    A função de erro gaussiana é calculada usando a fórmula:

    De acordo com 3.2.7, o argumento da função gaussiana é encontrado.

    O limite de resistência ao fogo P f é calculado pela fórmula:

Exemplo nº 5.

Dado. Laje alveolar, apoiada livremente em ambos os lados. Dimensões da seção: b=1200 mm, comprimento do vão de trabalho eu= 6 m, altura da seção h= 220 mm, espessura da camada protetora A eu = 20 mm, armadura de tração classe A-III, 4 hastes Ø14 mm; concreto pesado classe B20 em calcário triturado, teor de umidade em peso do concreto c= 2%, densidade seca média do concreto ρ 0s= 2300 kg/m 3, diâmetro do vazio d n = 5,5 kN/m.

Definir limite real de resistência ao fogo da laje.

Solução:


Para concreto classe B20 R bilhões= 15 MPa (cláusula 3.2.1.)

R mas= R bilhões /0,83 = 15/0,83 = 18,07 MPa

Para armadura classe A-III R sn = 390 MPa (cláusula 3.1.2.)

R su= R sn /0,9 = 390/0,9 = 433,3 MPa

A é= 615 mm 2 = 61510 -6 m 2




    Características termofísicas do concreto:

λ tem = 1,14 – 0,00055450 = 0,89 W/(m˚С)

com tem = 710 + 0,84450 = 1090 J/(kg·˚С)

k= 37,2 p.3.2.8.

k 1 = 0,5 p.3.2.9. .

    O limite real de resistência ao fogo é determinado:

Tendo em conta a cavidade da laje, o seu limite real de resistência ao fogo deve ser multiplicado por um fator de 0,9 (cláusula 2.27.).

Literatura

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1EMBARQUE – uma estrutura na costa com uma fundação inclinada especialmente construída ( rampa de lançamento), onde é colocado e construído o casco do navio.

2 Viaduto – uma ponte sobre rotas terrestres (ou sobre uma rota terrestre) onde elas se cruzam. O movimento ao longo deles é fornecido em diferentes níveis.

3EXCELENTE – uma estrutura em forma de ponte para transportar um caminho sobre outro no ponto de sua intersecção, para atracar navios e também geralmente para criar uma estrada a uma determinada altura.

4 TANQUE DE ARMAZENAMENTO - recipiente para líquidos e gases.

5 PORTA GÁS– uma instalação para receber, armazenar e distribuir gás na rede de gasodutos.

6forno alto- um forno de cuba para fundição de ferro fundido a partir de minério de ferro.

7Temperatura critica– a temperatura na qual a resistência metálica padrão R un diminui para o valor da tensão padrão n da carga externa na estrutura, ou seja, em que ocorre a perda de capacidade de suporte.

8 Cavilha - haste de madeira ou metal usada para fixar partes de estruturas de madeira.

As estruturas de concreto armado, devido à sua incombustibilidade e condutividade térmica relativamente baixa, resistem muito bem aos efeitos de fatores agressivos de incêndio. No entanto, eles não podem resistir ao fogo indefinidamente. As modernas estruturas de betão armado, em regra, são constituídas por paredes finas, sem ligação monolítica com outros elementos do edifício, o que limita a sua capacidade de desempenho das suas funções operacionais em situação de incêndio a 1 hora, e por vezes menos. As estruturas de concreto armado umedecido têm um limite de resistência ao fogo ainda menor. Se um aumento no teor de umidade de uma estrutura para 3,5% aumenta o limite de resistência ao fogo, então um aumento adicional no teor de umidade do concreto com uma densidade superior a 1.200 kg/m 3 durante um incêndio de curta duração pode causar uma explosão. de concreto e rápida destruição da estrutura.

O limite de resistência ao fogo de uma estrutura de concreto armado depende das dimensões de sua seção transversal, da espessura da camada protetora, do tipo, quantidade e diâmetro da armadura, da classe do concreto e do tipo de agregado, da carga na estrutura e seu esquema de apoio.

O limite de resistência ao fogo das estruturas envolventes através do aquecimento da superfície oposta ao fogo em 140°C (pisos, paredes, divisórias) depende da sua espessura, tipo de betão e da sua humidade. Com o aumento da espessura e a diminuição da densidade do concreto, o limite de resistência ao fogo aumenta.

O limite de resistência ao fogo baseado na perda de capacidade de carga depende do tipo e esquema estático apoiando a estrutura. Os elementos de flexão simplesmente apoiados de vão único (lajes de vigas, painéis e tabuleiros, vigas, vigas) são destruídos em caso de incêndio como resultado do aquecimento da armadura de trabalho inferior longitudinal à temperatura crítica máxima. O limite de resistência ao fogo destas estruturas depende da espessura da camada protetora da armadura de trabalho inferior, da classe da armadura, da carga de trabalho e da condutividade térmica do concreto. Para vigas e terças, o limite de resistência ao fogo também depende da largura da seção.

Com os mesmos parâmetros de projeto, o limite de resistência ao fogo das vigas é menor que o das lajes, pois em caso de incêndio as vigas são aquecidas em três lados (da parte inferior e das duas faces laterais), e as lajes são aquecidas apenas a partir do superfície inferior.

O melhor aço de reforço em termos de resistência ao fogo é o aço classe A-III grau 25G2S. A temperatura crítica deste aço no momento de atingir o limite de resistência ao fogo de uma estrutura carregada com carga padrão é de 570°C.

Os tabuleiros ocos protendidos produzidos em fábrica em concreto pesado com camada protetora de 20 mm e armadura de haste em aço classe A-IV possuem limite de resistência ao fogo de 1 hora, o que permite a utilização desses tabuleiros em edifícios residenciais.

Lajes e painéis de seção maciça de concreto armado comum com camada protetora 10 mm têm limites de resistência ao fogo: reforço de aço aulas A-I e A-II – 0,75 horas; A-III (grau 25G2S) - 1 colher de chá.

Em alguns casos, estruturas flexíveis de paredes finas (painéis e decks ocos e nervurados, travessas e vigas com largura de seção igual ou inferior a 160 mm, sem armações verticais nos suportes) podem desabar prematuramente em caso de incêndio ao longo da seção oblíqua nos suportes. Este tipo de destruição é evitado com a instalação de caixilhos verticais com comprimento de pelo menos 1/4 do vão nas áreas de suporte dessas estruturas.

As lajes apoiadas ao longo do contorno apresentam um limite de resistência ao fogo significativamente superior aos elementos simples dobráveis. Estas lajes são reforçadas com armadura de trabalho em duas direções, pelo que a sua resistência ao fogo depende adicionalmente da relação de armadura nos vãos curtos e longos. Para lajes quadradas com esta relação igual à unidade, a temperatura crítica da armadura no início do limite de resistência ao fogo é de 800°C.

À medida que a relação de aspecto da laje aumenta, a temperatura crítica diminui e, portanto, o limite de resistência ao fogo também diminui. Com relações de aspecto superiores a quatro, o limite de resistência ao fogo é quase igual ao limite de resistência ao fogo das lajes apoiadas nos dois lados.

Vigas e lajes estaticamente indeterminadas, quando aquecidas, perdem sua capacidade de carga em decorrência da destruição das seções de apoio e vão. As seções do vão são destruídas pela diminuição da resistência da armadura longitudinal inferior, e as seções de apoio são destruídas pela perda de resistência do concreto na zona comprimida inferior, que é aquecida a altas temperaturas. A taxa de aquecimento desta zona depende das dimensões da secção transversal, portanto a resistência ao fogo das lajes de vigas estaticamente indeterminadas depende da sua espessura, e a das vigas da largura e altura da secção. No tamanhos grandes secção transversal, o limite de resistência ao fogo das estruturas em consideração é significativamente superior ao das estruturas determinadas estaticamente (vigas e lajes simplesmente apoiadas de vão único) e, em alguns casos (para lajes de vigas espessas, para vigas com forte reforço de apoio superior ) praticamente não depende da espessura da camada protetora na armadura longitudinal inferior.

Colunas. O limite de resistência ao fogo dos pilares depende do padrão de aplicação da carga (central, excêntrica), dimensões da seção transversal, percentual de armadura, tipo de agregado graúdo de concreto e espessura da camada protetora da armadura longitudinal.

A destruição dos pilares quando aquecidos ocorre em decorrência da diminuição da resistência das armaduras e do concreto. A aplicação de carga excêntrica reduz a resistência ao fogo das colunas. Se a carga for aplicada com grande excentricidade, então a resistência ao fogo do pilar dependerá da espessura da camada protetora da armadura de tração, ou seja, A natureza da operação de tais colunas quando aquecidas é a mesma das vigas simples. A resistência ao fogo de uma coluna com pequena excentricidade aproxima-se da resistência ao fogo de colunas comprimidas centralmente. Colunas de concreto sobre brita de granito apresentam menor resistência ao fogo (20%) do que colunas sobre brita de cal. Isto é explicado pelo fato de que o granito começa a desmoronar a uma temperatura de 573°C, e o calcário começa a desmoronar a uma temperatura de 800°C.

Paredes. Durante os incêndios, via de regra, as paredes são aquecidas de um lado e, portanto, dobram-se em direção ao fogo ou na direção oposta. A parede passa de uma estrutura comprimida centralmente para uma estrutura comprimida excentricamente com excentricidade crescente ao longo do tempo. Nestas condições, a resistência ao fogo paredes estruturais depende em grande parte da carga e de sua espessura. À medida que a carga aumenta e a espessura da parede diminui, o seu limite de resistência ao fogo diminui e vice-versa.

Com o aumento do número de pisos dos edifícios, a carga nas paredes aumenta, portanto, para garantir a necessária resistência ao fogo, a espessura das paredes transversais portantes dos edifícios residenciais é considerada igual (mm): em 5.. . Edifícios de 9 andares - 120, 12 andares - 140, 16 andares - 160 , em edifícios com altura superior a 16 andares - 180 ou mais.

Os painéis de parede externa autoportantes de camada única, dupla e três camadas estão sujeitos a cargas leves, portanto, a resistência ao fogo dessas paredes geralmente atende aos requisitos de segurança contra incêndio.

Capacidade de carga das paredes sob ação Temperatura altaé determinada não apenas pelas alterações nas características de resistência do concreto e do aço, mas principalmente pela deformabilidade do elemento como um todo. A resistência ao fogo das paredes é determinada, em regra, pela perda de capacidade de suporte (destruição) em estado aquecido; o sinal de aquecimento de uma superfície de parede “fria” a 140° C não é típico. O limite de resistência ao fogo depende da carga de trabalho (fator de segurança da estrutura). A destruição de paredes por impacto unilateral ocorre de acordo com um dos três esquemas:

  • 1) com o desenvolvimento irreversível de deflexão em direção à superfície aquecida da parede e sua destruição no meio da altura devido ao primeiro ou segundo caso de compressão excêntrica (armadura superaquecida ou concreto “frio”);
  • 2) com o elemento desviando no início na direção do aquecimento e na fase final na direção oposta; destruição - a meio da altura em concreto aquecido ou em armadura “fria” (esticada);
  • 3) com direção de deflexão variável, como no esquema 1, mas a destruição da parede ocorre nas zonas de apoio ao longo do concreto da superfície “fria” ou ao longo de trechos oblíquos.

O primeiro padrão de falha é típico para paredes flexíveis, o segundo e terceiro - para paredes com menos flexibilidade e suportadas por plataforma. Se limitar a liberdade de rotação das secções de suporte da parede, como é o caso do suporte da plataforma, a sua deformabilidade diminui e, portanto, o limite de resistência ao fogo aumenta. Assim, o apoio plataforma das paredes (em planos não deslocáveis) aumentou o limite de resistência ao fogo em média duas vezes em comparação com o apoio articulado, independentemente do padrão de destruição do elemento.

A redução da percentagem de reforço da parede com suporte articulado reduz o limite de resistência ao fogo; com suporte de plataforma, uma alteração nos limites habituais do reforço das paredes praticamente não tem efeito na sua resistência ao fogo. Quando uma parede é aquecida simultaneamente de ambos os lados (paredes interiores), não sofre deflexão térmica, a estrutura continua a trabalhar em compressão central e portanto o limite de resistência ao fogo não é inferior ao do aquecimento unilateral.

Princípios básicos para cálculo da resistência ao fogo de estruturas de concreto armado

A resistência ao fogo das estruturas de concreto armado é perdida, via de regra, em decorrência da perda de capacidade de carga (colapso) devido à diminuição da resistência, dilatação térmica e fluência térmica da armadura e do concreto quando aquecido, bem como devido ao aquecimento da superfície não exposta ao fogo em 140 ° C. De acordo com estes indicadores - O limite de resistência ao fogo das estruturas de concreto armado pode ser encontrado por cálculo.

Em geral, o cálculo consiste em duas partes: térmica e estática.

Na parte de engenharia térmica, a temperatura é determinada ao longo da seção transversal da estrutura durante o seu aquecimento de acordo com a norma condições de temperatura. Na parte estática é calculada a capacidade de carga (resistência) da estrutura aquecida. Em seguida, é construído um gráfico (Fig. 3.7) da diminuição de sua capacidade de carga ao longo do tempo. Usando este gráfico, o limite de resistência ao fogo é encontrado, ou seja, tempo de aquecimento, após o qual capacidade de carga a estrutura será reduzida à carga de trabalho, ou seja, quando a igualdade ocorre: M rt (N rt) = M n (M n), onde M rt (N rt) é a capacidade de carga da estrutura de flexão (comprimida ou excentricamente comprimida);

M n (M n), - momento fletor (força longitudinal) da carga padrão ou outra carga de trabalho.