Ооо апк експерт

ДО ПИТАННЯ ПРО РОЗРАХУНОК безбалковими ПЕРЕКРИТТІВ НА ВОГНЕСТІЙКІСТЬ

В.В. Жуков, В.Н. Лавров

Стаття опублікована у виданні «Бетон і залізобетон - шляхи розвитку. Наукові праці 2-ий Всеросійської (Міжнародної) крнференціі по бетону і залізобетону. 5-9 вересня 2005 р Москва- У 5 томах. НДІЗБ 2005, Том 2. Секційні доповіді. Секція «Залізобетонні конструкції будівель і споруд». 2005. »

Розглянемо розрахунок межі вогнестійкості безбалковими перекриття на прикладі, який досить часто зустрічається в практиці будівництва. Безбалковими залізобетонне перекриття має товщину 200 мм з бетону класу при стисненні В25, армованого сіткою з осередками 200х200 мм з арматури класу А400 діаметром 16 мм із захисним шаром 33 мм (до центру тяжіння арматури) у нижній поверхні перекриття і А400 діаметром 12 мм із захисним шаром 28 мм (до ц. т.) у верхній поверхні. Відстань між колонами 7м. В даному будинку перекриття є протипожежної перепоною першого типу по [6] і має мати межу вогнестійкості по втраті теплоізолювальної здатності (I), цілісності (Е) і несучої здатності (R) REI 150. Оцінку межі вогнестійкості перекриття по існуючим документам можна визначити розрахунковим шляхом тільки по товщині захисного шару (R) для статично визначної конструкції, по товщині перекриття (I) і по можливості крихкого руйнування при пожежі (Е). При цьому досить правильну оцінку дають розрахунки I і Е, а несучу здатність перекриття під час пожежі як статично невизначеної конструкції можна визначити тільки розрахунком термонапруженого стану, використовуючи теорію пружно-пластичності залізобетону при нагріванні або теорію методу граничної рівноваги конструкції при дії статичного і теплового навантаження під час пожежі . Остання теорія є найбільш простий, так як вона не вимагає визначення напружень від статичного навантаження і температури, а тільки зусиль (моментів) від дії статичного навантаження з урахуванням зміни властивостей бетону і арматури при нагріванні до появи в статично невизначеної конструкції пластичних шарнірів при перетворенні її в механізм. У зв`язку з цим оцінка несучої здатності безбалковими перекриття під час пожежі зроблена за методом граничної рівноваги, причому в відносних одиницях до несучої здатності перекриття в звичайних умовах експлуатації. Були розглянуті та проаналізовані робочі креслення будівлі, виконані розрахунки меж вогнестійкості залізобетонного безбалковими перекриття по настанню нормованих для даних конструкцій ознак граничних станів [6]. Розрахунок меж вогнестійкості за несучою здатністю виконаний з урахуванням зміни температури бетону і арматури за 2,5 години стандартних випробувань. Всі термодинамічні і фізико-механічні характеристики матеріалів конструкції, наведені в цьому звіті прийняті на підставі даних ВНІЇПО, НДІЗБ, ЦНІЇСЬК [1, 3-5].

МЕЖА ВОГНЕСТІЙКОСТІ ПЕРЕКРИТТЯ ПО втрати теплоізолювальної здатності (I)

Практично прогрів конструкцій визначають кінцево-різницевим або кінцево-елементних розрахунком з використанням ЕОМ. При вирішенні задачі теплопровідності враховують зміни теплофізичних властивостей бетону і арматури при нагріванні. Розрахунок температур в конструкції за стандартним температурним режимом виробляють при початковому умови: температура конструкцій і зовнішнього середовища 20С. Температура середовища tс під час пожежі змінюється в залежності від часу відповідно до [2]. При розрахунку температур в конструкціях враховують конвективний Qc і променистий Qr теплообміну між обігрівається середовищем і поверхнею. Розрахунок температур можна виконати, використовуючи умовну товщину розглянутого шару бетону Xi * від поверхні, що обігрівається [5]. Для визначення температури в бетоні обчислюють

Визначимо за формулою (5) розподіл температури по товщині перекриття через 2,5 год пожежі. Визначимо за формулою (6) товщину перекриттів, яка необхідна для досягнення критичної температури 220С на її ненагревающіеся поверхні за 2,5 години. Ця товщина дорівнює 97 мм. Отже, перекриття товщиною 200 мм буде мати межу вогнестійкості по втраті теплоізолювальної здатності не менше 2,5 годин.

МЕЖА ВОГНЕСТІЙКОСТІ ПЛИТИ ПЕРЕКРИТТЯ ПО ВТРАТИ ЦІЛІСНОСТІ (E)

При пожежі в будівлях і спорудах, в яких застосовуються бетонні та залізобетонні конструкції, можливо крихке руйнування бетону, що призводить до втрати цілісності конструкції. Руйнування відбувається раптово, швидко і тому є найбільш небезпечним. Крихке руйнування бетону починається, як правило, через 5-20 хв від початку вогневого впливу і проявляється, як відкол від нагрівається поверхні конструкції шматків бетону, в результаті в конструкції може з`явитися наскрізний отвір, тобто конструкція може досягти передчасної вогнестійкості по втраті цілісності (Е). Крихке руйнування бетону може супроводжуватися звуковим ефектом у вигляді легкого бавовни, тріска різної інтенсивності або «вибуху». При крихкому руйнуванні бетону можливий розліт шматків вагою до декількох кілограмів на відстань до 10-20 м. При пожежі найбільший вплив на крихке руйнування бетону надають: власні температурні напруги від градієнта температури по перерізу елемента, напруги від статичної невизначеності конструкцій, від зовнішнього навантаження і від фільтрації пара через структуру бетону. Крихке руйнування бетону при пожежі залежить від структури бетону, його складу, вологості, температури, граничних умов і зовнішнього навантаження, тобто воно залежить як від матеріалу (бетону), так і від виду бетонної або залізобетонної конструкції. Оцінку межі вогнестійкості залізобетонного перекриття по втраті цілісності можна виконати за величиною критерію крихкого руйнування (F), який визначається за формулою, наведеною в [10]:

МЕЖА ВОГНЕСТІЙКОСТІ ПЕРЕКРИТТЯ ПО ВТРАТИ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ (R)

За несучої здатності вогнестійкість перекриття визначається також розрахунком, що допускається [6, п.4.5]. Вирішується теплотехнічна і статична завдання. У теплотехнічної частини розрахунку визначають розподіл температур по товщині плити при стандартному тепловому впливі. У статичної частини розрахунку визначають несучу здатність плити під час пожежі тривалістю 2,5 ч. Навантаження і умови обпирання приймають відповідно до проекту будівлі. Сполучення навантажень для розрахунку межі вогнестійкості розглядають як особливі. При цьому допускається не враховувати короткочасні навантаження і включати лише постійні і тимчасові довготривалі нормативні навантаження. Навантаження на плиту під час пожежі визначаються за методикою НДІЗБ. Якщо розрахункова несуча здатність плити дорівнює R в нормальних умовах експлуатації, то розрахункове значення навантаження Р = 0,95 R. Нормативна навантаження під час пожежі дорівнює 0,5R. Розрахункові опори матеріалів для розрахунку меж вогнестійкості приймаються з коефіцієнтом надійності 0,83 по бетону і 0,9 по арматурі. Межа вогнестійкості залізобетонних плит перекриттів, армованих стрижневою арматурою, може наступити з причин, які необхідно враховувати: прослизання арматури на опорі при нагріванні контактного шару бетону і арматури до критичної температури-повзучості арматури і руйнування при нагріванні арматури до критичної температури. В даному будинку застосовані монолітні залізобетонні перекриття і їх несучу здатність при пожежі визначаємо за методом граничної рівноваги [9] з урахуванням зміни фізико-механічних властивостей бетону і арматури при нагріванні [5]. Необхідно зробити невеличкий відступ про можливість застосування методу граничної рівноваги для розрахунку межі вогнестійкості залізобетонних конструкцій при тепловій дії під час пожежі. За даними [11] «поки метод граничної рівноваги залишається в силі, межі несучої здатності абсолютно не залежать від фактично виникають власних напружень, а отже, і від таких факторів, як температурні деформації, зміщення опор і т.д.» Але при цьому необхідно враховувати виконання наступних передумов: елементи конструкцій не повинні бути крихкими до досягнення граничної стадії, власні напруги не повинні впливати на граничні умови елементів. У залізобетонних конструкціях ці передумови застосовності методу граничної рівноваги зберігаються, але для цього необхідно, щоб не було прослизання арматури в місцях утворення пластичних шарнірів і крихкого руйнування елементів конструкції до досягнення граничного стану. При пожежі найбільший нагрів плити перекриття спостерігається знизу в зоні максимального моменту, де як правило утворюється перший пластичний шарнір з достатньою анкеруванням розтягнутої арматури при її значною деформативности від нагрівання для повороту в шарнірі і перерозподілу зусиль в зону опори. В останній підвищення деформативності пластичного шарніра сприяє нагріте бетон. «Якщо ж метод граничної рівноваги можна застосувати, то власні напруги (маються у вигляді напружень від температури - прим. Авторів) не впливають на внутрішній і на зовнішній межа несучої здатності конструкцій». При розрахунку методом граничної рівноваги передбачається, на це є відповідні досвідчені дані, що плита під час пожежі під дією навантаження розламується на плоскі ланки, з`єднані один з одним по лініях зламу лінійними пластичними шарнірами. Використання в якості навантаження під час пожежі частині від розрахункової несучої здатності конструкції в нормальних умовах експлуатації і однакова схема руйнування плити в звичайних умовах і при пожежі дозволяють обчислити межа вогнестійкості плити в відносних одиницях, незалежних від геометричних характеристик плити в плані. Розрахуємо межа вогнестійкості плити з важкого бетону класу по міцності при стисненні В25 з нормативним опором при стисненні 18,5 МПа при 20 С [3]. Арматура класу А400 з нормативним опором при розтягуванні (20С) 391,3 МПа (4000 кг / см2). Зміни міцності бетону і арматури при нагріванні приймаємо по [5]. Розрахунок на злам окремої смуги панелей проводиться в припущенні, що в даній смузі панелей утворюються лінійні пластичні шарніри, паралельні осі цей смузі: один лінійний пластичний шарнір в прольоті з розкриттям тріщин знизу і по одному лінійному пластичного шарніру у колон з розкриттям тріщин зверху. Найбільш небезпечними при пожежі є тріщини знизу, де нагрів розтягнутої арматури значно вище, ніж в тріщинах зверху. Розрахунок несучої здатності R перекриття в цілому під час пожежі проводиться за формулою:

Температура цієї арматури через 2,5 год пожежі дорівнює 503,5 С. Висота стиснутої зони в бетоні плити в середньому пластичному шарнірі (в запас без урахування арматури в стислій зоні бетону).

Визначимо відповідну розрахункову несучу здатність перекриття R3 в звичайних умовах експлуатації для перекриття товщиною 200 мм, при висоті стиснутої зони для середньої петлі при xc = - плечі внутрішньої пари Zc = 15,8 см і висоті стиснутої зони лівого і правого шарнірів Хс = Хn = 1 , 34 см, плечі внутрішньої пари Zx = Zn = 16,53 см. Розрахункова несуча здатність перекриття R3 товщиною 20 см при 20 С.

При цьому, природно, повинні бути виконані наступні вимоги: а) не менше 20% необхідної на опорі верхньої арматури проходити над серединою пролета- б) верхня арматура над крайніми опорами нерозрізний системи заводиться на відстань не менше 0,4l в сторону прольоту від опори і потім поступово обривається (l - довжина прольоту) - в) вся верхня арматура над проміжними опорами повинна тривати до прольоту не менше ніж на 0,15 l.

ВИСНОВКИ

Для оцінки межі вогнестійкості безбалковими залізобетонного перекриття повинні бути виконані розрахунки його межі вогнестійкості за трьома ознаками граничних станів: втрати несучої здатності R- втрати цілісності E- втрати теплоізолювальної здатності I. При цьому можна використовувати такі методи: граничної рівноваги, прогріву і механіки тріщин.
Розрахунки показали, що для даного об`єкту за всіма трьома граничними станами межа вогнестійкості перекриття товщиною 200 мм з бетону класу по міцності при стисненні В25, армованого арматурної сіткою з осередками 200х200 мм сталлю А400 з товщиною захисного шару арматури діаметром 16 мм у нижній поверхні 33 мм і верхньої діаметром 12 мм - 28 мм становить не менше REI 150.
Дане безбалковими залізобетонне перекриття може виконувати роль протипожежної перешкоди, першого типу по [6].
Оцінку мінімальної межі вогнестійкості безбалковими залізобетонного перекриття можна виконувати за методом граничної рівноваги за умов достатньої закладення розтягнутої арматури в місцях утворення пластичних шарнірів.

література

Інструкція з розрахунку фактичних меж вогнестійкості залізобетонного будівельних конструкцій на основі застосування ЕОМ. - М. ВНІЇПО, 1975.
ГОСТ 30247.0-94. Конструкції будівельні. Методи випробувань на вогнестійкість. М. 1994. - 10 с.
СП 52-101-2003. Бетонні та залізобетонні конструкції без попереднього напруження арматури. - М. ФГУП ЦПП, 2004. -54 с.
СНиП-2.03.04-84. Бетонні та залізобетонні конструкції, призначені для роботи в умовах дії підвищених і високих температур. - М. ЦІТП Держбуду СРСР, 1985.
Рекомендації з розрахунку меж вогнестійкості бетонних і залізобетонних конструкцій. - М. Стройиздат, 1979. - 38 с.
СНиП-21-01-97 * Пожежна безпека будівель і споруд. ГУП ЦПП, 1997. - 14 с.
Рекомендацій щодо захисту бетонних і залізобетонних конструкцій від крихкого руйнування при пожежі. - М. Стройиздат, 1979. - 21 с.
Рекомендації з проектування багатопустотних плит перекриттів з необхідною вогнестійкістю. - М. НИИЖБ, 1987. - 28 с.
Інструкції з розрахунку статично невизначених залізобетонних конструкцій. - М. Стройиздат, 1975. С.98-121.
Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості і огнесохранності залізобетонних конструкцій (МДС 21-2.000). - М. НИИЖБ, 2000. - 92 с.
Гвоздьов А.А. Розрахунок несучої здатності конструкцій за методом граничної рівноваги. Гос.іздательство будівельної літератури. - М. тисячу дев`ятсот сорок дев`ять.

Поділися в соціальних мережах:

Схожі