Межа вогнестійкості плит перекриття. Ооо архітектурна виробнича компанія. Визначення меж вогнестійкості залізобетонних колон

ДО ПИТАННЯ ПРО РОЗРАХУНОК безбалковими ПЕРЕКРИТТІВ НА ВОГНЕСТІЙКІСТЬ

В.В. Жуков, В.Н. Лавров

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 і повинно 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. 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.

МЕЖА ВОГНЕСТІЙКОСТІ ПЕРЕКРИТТЯ ПО втрати теплоізолювальної здатності (I)

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)

МЕЖА ВОГНЕСТІЙКОСТІ ПЕРЕКРИТТЯ ПО ВТРАТИ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ (R)

ВИСНОВКИ

1. 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.
2. 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.
3. Дане безбалковими залізобетонне перекриття може виконувати роль протипожежної перешкоди, першого типу по.
4. 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

1. Інструкція з розрахунку фактичних меж вогнестійкості залізобетонного будівельних конструкцій на основі застосування ЕОМ. – М .: ВНІЇПО, 1975.
2. ГОСТ 30247.0-94. Конструкції будівельні. Методи випробувань на вогнестійкість. М., 1994. – 10 с.
3. СП 52-101-2003. Бетонні та залізобетонні конструкції без попереднього напруження арматури. – М .: ФГУП ЦПП, 2004. -54 с.
4. СНиП-2.03.04-84. Бетонні та залізобетонні конструкції, призначені для роботи в умовах дії підвищених і високих температур. – М .: ЦІТП Держбуду СРСР, 1985.
5. Рекомендації з розрахунку меж вогнестійкості бетонних і залізобетонних конструкцій. – М .: Стройиздат, 1979. – 38 с.
6. СНиП-21-01-97 * Пожежна безпека будівель і споруд. ГУП ЦПП, 1997. – 14 с.
7. Рекомендацій щодо захисту бетонних і залізобетонних конструкцій від крихкого руйнування при пожежі. – М .: Стройиздат, 1979. – 21 с.
8. Рекомендації з проектування багатопустотних плит перекриттів з необхідною вогнестійкістю. – М .: НДІЗБ, 1987. – 28 с.
9. Інструкції з розрахунку статично невизначених залізобетонних конструкцій. – М .: Стройиздат, 1975. С.98-121.
10. Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості і огнесохранності залізобетонних конструкцій (МДС 21-2.000). – М .: НДІЗБ, 2000. – 92 с.
11. Гвоздьов А.А .. Розрахунок несучої здатності конструкцій за методом граничної рівноваги. Гос.іздательство будівельної літератури. – М., 1949.

Для вирішення статичної частини завдання форму поперечного перерізу залізобетонної плити перекриття з круглими порожнечами (прил.2 рис. 6.) приводимо до розрахункової таврової.

Визначимо згинальний момент в середині прольоту від дії нормативного навантаження і власної ваги плити:

де q / n – нормативне навантаження на 1 погонний метр плити, рівна:

Відстань від нижньої (обігрівається) поверхні панелі до осі робочої арматури складе:

мм,

де d – діаметр арматурних стержнів, мм.

Середня відстань складе:

мм,

де А – площа поперечного перерізу арматурного стержня (п. 3.1.1.), Мм 2.

Визначимо основні розміри розрахункового таврового поперечного перерізу панелі:

Висота: h f = 0,5 (h -П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 мм;

Відстань від що не обігрівається поверхні конструкції до осі арматурного стержня h o = h – a = 220 – 21 = 199 мм.

Визначаємо міцність і теплофізичні характеристики бетону:

Нормативне опір по межі міцності R bn = 18,5 МПа (табл. 12 або п. 3.2.1 для бетону класу В25);

коефіцієнт надійності  b = 0,83 ;

Розрахунковий опір бетону за межі міцності R bu = R bn /  b = 18,5 / 0,83 = 22,29 МПа;

Коефіцієнт теплопровідності  t = 1,3 – 0,00035Т ср = 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 Вт м -1 До -1 (п. 3.2.3.),

де Т ср – середня температура під час пожежі, яка дорівнює 723 К;

Питома теплоємність З t = 481 + 0,84Т ср = 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 Дж кг -1 До -1 (п. 3.2.3.);

Приведений коефіцієнт температуропровідності:

Коефіцієнти, які залежать від середньої щільності бетону До = 39 з 0,5 іДо 1 = 0,5 (п.3.2.8, п.3.2.9.).

Визначаємо висоту стиснутої зони плити:

Визначаємо напругу в розтягнутій арматурі від зовнішнього навантаження відповідно до дод. 4:

так як х t = 8,27 ммh f = 30,5 мм, то

де As – сумарна площа поперечного перерізу арматурних стержнів в розтягнутій зоні поперечного перерізу конструкції, рівна для 5 стержней12 мм 563 мм 2 (п. 3.1.1.).

Визначимо критичне значення коефіцієнта зміни міцності арматурної сталі:

,

де R su – розрахунковий опір арматури по межі міцності, рівне:

R su = R sn /  s = 390 / 0,9 = 433,33 МПа (тут s – коефіцієнт надійності для арматури, що дорівнює 0,9);

R sn – нормативний опір арматури по межі міцності, рівне 390 МПа (табл. 19 або п. 3.1.2).

Отримали, що  stcr 1.Значить, напруги від зовнішнього навантаження в розтягнутій арматурі перевищують нормативне опір арматури. Отже, необхідно знизити напругу від зовнішнього навантаження в арматурі. Для цього збільшимо число арматурних стержнів панелі12мм до 6.Тогда A s = 679 10 -6 (п. 3.1.1.).

МПа,

.

Визначимо критичну температуру нагрівання несучої арматури в розтягнутій зоні.

По таблиці п. 3.1.5. за допомогою лінійної інтерполяції визначаємо, що для арматури класу А-III, марки стали 35 ГС та  stcr = 0,93.

Час прогріву арматури до критичної температури для плити суцільного поперечного перерізу буде фактичним межею вогнестійкості.

з = 0,96 ч,

де Х – аргумент функції помилок Гауса (Крампа), рівний 0,64 (п.3.2.7.) В залежності від величини функції помилок Гауса (Крампа), що дорівнює:

(тут t н – температура конструкції до пожежі, приймаємо рівною 20С).

Фактичний межа вогнестійкості плити перекриття з круглими порожнечами складе:

де 0,9 – коефіцієнт, що враховує наявність в плиті пустот.

Так як бетон – негорючий матеріал, то, очевидно, фактичний клас пожежної небезпеки конструкції К0.

Визначення меж вогнестійкості будівельних конструкцій

Визначення меж вогнестійкості залізобетонних конструкцій

Вихідні дані для залізобетонної плити перекриття наведені в таблиці 1.2.1.1

Вид бетону – легкий бетон щільністю з = 1600 кг / м3 з крупним заповнювачем з керамзиту; плити багатопустотні, з круглими порожнечами, кількість пустот – 6 шт, спирання плит – по двом сторонам.

1) Ефективна товщина багатопустотних плити tеф для оцінки межі вогнестійкості по теплоізолювальної здатності згідно п. 2.27 Посібники до СНиП II-2-80 (Вогнестійкість):

2) Визначаємо по табл. 8 Посібники межа вогнестійкості плити по втраті теплоізолювальної здатності для плити з легкого бетону з ефективною товщиною 140 мм:

Межа вогнестійкості плити 180 хв.

3) Визначимо відстань від поверхні, що обігрівається плити до осі стрижневої арматури:

4) По таблиці 1.2.1.2 (табл. 8 Допомоги) визначаємо межа вогнестійкості плити за втратою несучої здатності при а = 40 мм, для легкого бетону при тому, що спирається по двох сторонах.

Межі вогнестійкості залізобетонних плит

Шуканий межа вогнестійкості 2 ч або 120 хв.

5) Відповідно до п. 2.27 Посібники для визначення межа вогнестійкості пустотних плит застосовується понижуючий коефіцієнт 0,9:

6) Визначаємо повну навантаження на плит, як сума постійного і тимчасового навантаження:

7) Визначаємо відношення тривало діючої частини навантаження до повному навантаженні:

8) Поправочний коефіцієнт по навантаженню згідно п. 2.20 Допомоги:

9) За п. 2.18 (ч. 1 б) Посібники приймаємо коефіцієнт для арматури

10) Визначаємо межа вогнестійкості плити з урахуванням коефіцієнтів по навантаженню і по арматурі:

Межа вогнестійкості плити по несучої здатності становить

Виходячи з результатів отриманих в ході розрахунків ми отримали, що межа вогнестійкості залізобетонної плити по несучої здатності 139 хв., А по теплоізолювальної здатності 180 хв. Необхідно брати найменший межа вогнестійкості.

Висновок: межа вогнестійкості залізобетонної плити REI 139.

Визначення меж вогнестійкості залізобетонних колон

Вид бетону – важкий бетон щільністю з = 2350 кг / м3 з крупним заповнювачем з карбонатних порід (вапняк);

У таблиці 1.2.2.1 (табл. 2 Посібники) наведені значення фактичних меж вогнестійкості (ПОФ) залізобетонних колон з різними характеристиками. При цьому ПОФ визначається не по товщині захисного шару бетону, а по відстані від поверхні конструкції до осі робочого арматурного стержня (), яке включає крім товщини захисного шару ще й половину діаметра робочого арматурного стержня.

1) Визначаємо відстань від поверхні, що обігрівається колони до осі стрижневої арматури по формулі:

2) Відповідно до п. 2.15 Посібники для конструкцій з бетону з карбонатним заповнювачем розмір поперечного перерізу може бути зменшена на 10% при тому ж межі вогнестійкості.Тоді ширину колони визначимо за формулою:

3) По таблиці 1.2.2.2 (табл. 2 Посібники) визначаємо межа вогнестійкості для колони з легкого бетону з параметрами: b = 444 мм, а = 37 мм при обігріві колони з усіх боків.

Межі вогнестійкості залізобетонних колон

Шуканий межа вогнестійкості знаходиться в інтервалі між 1,5 ч і 3 ч. Для визначення межі вогнестійкості застосовуємо метод лінійної інтерполяції. Дані наведені в таблиці 1.2.2.3

Найпоширеніший матеріал в
будівництві – це залізобетон. Він поєднує в собі бетон і сталеву арматуру,
раціонально покладену в конструкції для сприйняття розтягують і стискають
зусиль.

Бетон добре пручається стиску і
гірше – розтягування. Ця особливість бетону несприятлива для згинаються і
розтягнутих елементів. Найбільш поширеними зігнутих елементів будівлі
є плити і балки.

Для компенсації несприятливих
процесів бетону, конструкції прийнято армувати сталевими арматурами. армують
плити звареними сітками, що складаються зі стрижнів, розташованих в двох взаємно
перпендикулярних напрямках. Сітки укладають в плитах таким чином, що
стрижні їх робочої арматури розташовувалися уздовж прольоту і сприймали
розтягують зусилля, що виникають в конструкціях при вигині під навантаженням, в
Відповідно до епюр згинаючих навантажень.

В
умовах пожежі плити піддаються впливу високої температури знизу,
зменшення їх несучої здатності відбувається в основному за рахунок зниження
міцності нагрівається розтягнутої арматури. Як правило, такі елементи
руйнуються в результаті освіти пластичного шарніра в перерізі з
максимальним изгибающим моментом за рахунок зниження межі міцності
нагрівається розтягнутої арматури до величини робочої напруги в її перетині.

забезпечення пожежної
безпеки будівлі вимагає посилення вогнестійкості і огнесохранності
залізобетонних конструкцій. Для цього використовуються такі технології:

• армування плит виробляти
  тільки в’язаними або звареними каркасами, а не окремими стрижнями розсипом;
• щоб уникнути витріщення поздовжньої арматури при її нагріві під
  час пожежі необхідно передбачити конструктивне армування хомутами або
  поперечними стрижнями;
• товщина нижнього захисного шару бетону перекриття повинна бути
  достатньою для того, щоб він прогрівався не вище 500 ° С і після пожежі не
  впливав на подальшу безпечну експлуатацію конструкції.
  Дослідженнями встановлено, що при нормованому межі вогнестійкості R = 120, товщина
  захисного шару бетону повинна бути не менше 45 мм, при R = 180 – не менше 55 мм,
  при R = 240 – не менше 70 мм;
• в захисному шарі бетону на глибині 15-20 мм з боку нижньої
  поверхні перекриття слід передбачити протівооткольную арматурну сітку
  з дроту діаметром 3 мм з розміром осередку 50-70 мм, що знижує інтенсивність
  вибухового руйнування бетону;
• посилення приопорних ділянок тонкостінних перекриттів поперечної
  арматурою, не передбаченої звичайним розрахунком;
• збільшення межі вогнестійкості за рахунок розташування плит,
  опертих по контуру;
• застосування спеціальних штукатурок (з використанням азбесту і
  перліту, вермикуліту). Навіть при малих величинах таких штукатурок (1,5 – 2 см)
  вогнестійкість залізобетонних плит збільшується в кілька разів (2 – 5);
• збільшення межі вогнестійкості за рахунок підвісної стелі;
• захист вузлів і сполучень конструкцій шаром бетону з необхідним
  межею вогнестійкості.

Ці заходи забезпечать належну протипожежну безпеку будівлі.
Залізобетонна конструкція придбає необхідну вогнестійкість і
огнесохранность.

Використовувана література:
1.Зданія і споруди, і їх стійкість
При пожарі. Академія ДПС МНС Россия, 2003
2. МДС 21-2.2000.
Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості залізобетонних конструкцій.
– М.: ГУП «НИИЖБ», 2000. – 92 с.