Общие требования к обеспечению огнестойкости железобетонных конструкций



Предисловие

 

Цели и задачи стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки – постановление Правительства Российской Федерации от 01 июля 2016 г. №624 «Об утверждении Правил разработки, утверждения, опубликования, изменения и отмены сводов правил».

Сведения о своде правил

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона им. А.А. Гвоздева (НИИЖБ им. А.А. Гвоздева) - институт АО "НИЦ "Строительство".

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство".

 

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики.

4 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от …… 20… года №…и введен в действие с ……..20… г.

 

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт).

 

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет.

 

 

Минстрой России, 2019

 

Настоящий нормативный документ не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Минстроя России.

Содержание

    Стр.
  Введение ………………………………………………………....................... 5
1 Область применения…………………………………………………………. 6
2 Нормативные ссылки……………………………............................................ 6
3 Термины и определения………………........................................................... 8
4 Общие требования к обеспечению огнестойкости железобетонных конструкций ………………………………………………………………….. 9
  Общие требования ………………………………………….………….. 9
  Основные положения по расчету огнестойкости по потере несущей способности …………………………………………………………….. 11
5 Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него …… 14
  Бетон……………………………………………………………………... 14
  Арматура…………………………………………………........................ 20
6 Теплотехнический расчет железобетонных конструкций ……………..…. 24
7 Предел огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности ………………………………………………………………..… 25
8 Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности ………… 27
  Основные положения …………………………………………………... 27
  Плиты с шарнирным опиранием …………………………………….… 29
  Многопустотные плиты ………………………………………………... 31
  Консольные плиты ………………………………………………….….. 32
  Балки …………………………………………………………………..… 32
  Колонны …………………………………………………………….…… 34
  Несущие стены ………………………………………………………….. 38
  Растянутые элементы ………………………………………………...… 39
  Расчет прочности нормальных сечений на основе деформационной модели ………………………………………………………………….…..… 41
  Железобетонные элементы при действии поперечных сил …………. 44
  Статически неопределимые конструкции …………………………..… 47
  Расчет плиты безбалочного перекрытия ……………………………… 52
  Расчет плиты балочного перекрытия ……………………………….... 54
  Расчет железобетонных плит на продавливание …………………….. 57
  Потери предварительного напряжения в арматуре при нагреве ……. 62
  Узлы сопряжения конструкций ……………………………………….. 63
9 Оценка предела огнестойкости по целостности …………………………… 64
  Общая оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре …………………………………………………………………… 66
  Проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции при пожаре ……………………………………………………………..   71
  Мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре ………………………………….. 73
  Взрывообразное разрушение высокопрочного бетона …………….… 75
10 Конструктивные требования, повышающие огнестойкость железобетонных конструкций ………………………………………………. 76
11 Средства огнезащиты для железобетонных конструкций ………………... 79
12 Огнесохранность железобетонных конструкций ………………………….. 83
  Остаточная прочность после пожара ………………………………………. 84
  Расчет прогиба после пожара ……………………………………….………. 85
13. Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций ……………………………………………….   90
14 Табличные данные и конструктивные требования для статически определимых конструкций ………………………………...………………...   92
  Колонны ………………………………………………………………..… 94
  Стены ………………………………………………………………...…… 95
  Балки …………………………………………………………………...…. 96
  Плиты …………………………………………………………………...… 98
  Растянутые элементы ………………………………………………...….. 99
  Ненесущие перегородки ……………………………………………..….. 100
15 Пояснения к приложениям ………………………………………………….. 100

Приложение А Температура прогрева бетона в плитах и стенах при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара …………………..

  102

Приложение Б Температура прогрева бетона в колоннах, балках и ребристых конструкциях ………………………………………………………....

  107

Приложение В (Справочное). Основные буквенные обозначения …….............

126

Библиография …………………………………………………………...……..….

128

Введение

 

Настоящий свод правил разработан с учетом обязательных требований, установленных в Федеральных законах от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации», от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

 

Свод правил разработан авторским коллективом НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» (руководитель работы - канд. техн. наук И.С. Кузнецова, главный консультант доктор техн. наук, профессор А.Ф. Милованов, исполнители: мл. науч. сотр. В.Г. Рябченкова, вед. инженеры Ю.С. Рянзина, Д.В. Акопян).

 

В основу стандарта положены экспериментальные и теоретические исследования, выполненные специалистами НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, МГСУ, СГСУ, а также материалы международных организаций: Европейского комитета по стандарту (CEN), Международного совета по строительству (CIB), Международной организации по стандартизации (ISO), Международного совета лабораторий по испытанию строительных материалов и конструкций (RILEM), Международной федерации по конструктивному бетону (FIB).

 

 


СВОД ПРАВИЛ

 

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ.

ПРАВИЛА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ОГНЕСОХРАННОСТИ

Concrete and Reinforced Concrete Structures.

The Rules of Supporting of Fire Resistance and Fire Safety

 


Дата введения 201..-..-..

 

1 Область применения

 

Настоящий свод правил распространяется на проектирование, строительство, эксплуатацию, техническое обследование и реконструкцию после пожара зданий и сооружений, к которым предъявляются требования обеспечения огнестойкости и огнесохранности бетонных и железобетонных конструкций.

Свод правил устанавливает требования к проектированию и конструированию железобетонных конструкций с обеспечением требований огнестойкости и огнесохранности при воздействии стандартного температурного режима пожара.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, расположенных в районах сейсмичностью 6 баллов и более, следует дополнительно учитывать положения действующих норм по сейсмостойкости.

Настоящий свод правил не распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся систематическим воздействиям повышенных (от 50 до 200ºС включительно) и высоких (свыше 200ºС) технологических температур (далее - воздействия температур) и увлажнению техническим паром.

 

2 Нормативные ссылки

 

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 6727-80 «Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условия»

ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»

ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования»

ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия»

ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения»

ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75) «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования»

ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции»

ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия».

ГОСТ 12.1.033-81 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения»

СП 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».

СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»

СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

СП 311.1325800.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов. Правила проектирования».

СП 329.1325800.2017 «Здания и сооружения. Правила обследования после пожара».

СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений»

 

П р и м е ч а н и е - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил и/или классификаторов) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта (документа) с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта (документа) с указанием выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный стандарт (документ), на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт (документ) отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и технических регламентов и стандартов.

 

 


3 Термины и определения

 

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 высокотемпературное воздействие пожара: Воздействие температур свыше 200оС на строительные конструкции при пожаре, при котором возникают температурные напряжения, могут меняться физико-механические и упругопластические свойства материалов конструкций и уменьшаться работоспособное сечение элемента. 

3.2  высокотемпературный нагрев: Нагрев конструкции свыше 200оС при воздействии пожара.

3.3 деструктивный слой бетона: Поврежденный пожаром, ослабленный слой бетона, легко удаляемый при простукивании поверхностей железобетонных конструкций молотком (вручную, без применения электроинструментов). При визуальном осмотре кернов, извлеченных из поврежденных пожаром конструкций, в структуре такого бетона обнаруживаются изменения.

3.4 кратковременный высокотемпературный нагрев: Однократное высокотемпературное воздействие пожара на конструкцию продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов.

3.5 конструктивная огнезащита: способ огнезащиты железобетонных конструкций, основанный на создании теплоизоляционного слоя средства огнезащиты на обогреваемой поверхности конструкции.

3.6 нормируемый (требуемый) предел огнестойкости железобетонной конструкции: Минимальный предел огнестойкости, которым должна обладать конструкция, чтобы удовлетворять требованиям пожарной безопасности. Нормируемый предел огнестойкости регламентируется Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и другими нормативными документами по пожарной безопасности.

3.7 повышенная температура: Температура воздействия на бетонные и железобетонные конструкции в интервале от 50 до 200оС включительно.

3.8 пожар: Неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. [3, глава 1, статья 1]

3.9 собственный предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, который обеспечивается при проектировании только за счет параметров железобетонного сечения конструкции (геометрия сечения, армирование, толщина защитного слоя бетона, классы бетона и арматуры), без применения средств огнезащиты.

3.10 средство огнезащиты: Вещество, смесь веществ (состав) или материал, предназначенные для монтажа или нанесения на поверхность железобетонных конструкций.

3.11 стандартный температурный режим: Режим изменения температуры во времени при испытании конструкций на огнестойкость, устанавливаемый стандартной зависимостью между температурой Т и длительностью пожара t: Т = 345 lg(8 t +1) + Tо по ГОСТ 30247.0, где Tо – температура окружающей среды до пожара.

3.12 фактический предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, которым обладает существующая (эксплуатируемая) бетонная или железобетонная конструкция, в том числе с учетом огнезащитных покрытий (при наличии), а также технического состояния и условий эксплуатации.

Общие требования к обеспечению огнестойкости железобетонных конструкций

Общие требования

4.1 Здания, сооружения и пожарные отсеки характеризуются степенью огнестойкости (I-V степени огнестойкости) в зависимости от их этажности, класса функциональной пожарной опасности, площади пожарного отсека и пожарной опасности происходящих в них процессов, Согласно ст. 30 Федерального закона №123-ФЗ. Степень огнестойкости здания, сооружения и пожарные отсеки указывается в проектной документации. Порядок установления степени огнестойкости определен ст. 87 Федерального закона №123-ФЗ.

4.2 Бетонные и железобетонные конструкции характеризуются огнестойкостью согласно п. 5.9 СНиП 21-01. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости.

Предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций устанавливается по времени (в минутах) от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний (ГОСТ 30247.1):

-  по потере несущей способности R конструкций и узлов (обрушение или недопустимый прогиб в зависимости от типа конструкций);

- по потере теплоизолирующей способности I (повышение средней температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140 °С или в любой другой точке этой поверхности более чем на 180 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220 °С независимо от температуры конструкции до испытания);

- по потере целостности Е (образование в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя).

В железобетонных конструкциях, в которых наблюдается хрупкое разрушение по сжатому бетону (колонны с малым эксцентриситетом, изгибаемые переармированные элементы), за потерю несущей способности R принимается полное разрушение конструкции во время пожара.

Изгибаемые, внецентренно сжатые и растянутые с большим эксцентриситетом элементы характеризуются развитием больших необратимых деформаций арматуры и бетона, и за потерю несущей способности R принимается развитие прогиба еще до того, как наступит полное разрушение.

Характеристика огнестойкости относится только к строительным конструкциям, но не относится к строительным материалам. Строительные материалы характеризуются пожарной опасностью.

4.3 Нормируемые значения пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкции регламентируются по таблице 21 Федерального закона №123-ФЗ в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков.

Для несущих стержневых конструкций (колонны, балки, фермы, прогоны, рамы, арки, связевые конструкции), а также для маршей и площадок лестничных клеток регламентируется один предел огнестойкости по потере несущей способности R.

Для несущих конструкций стен, плит перекрытий, настилов (в том числе противопожарных) регламентируются три предела огнестойкости: по потере несущей способности R, по потере теплоизолирующей способности I, по потере целостности Е.

Для наружных несущих стен и плит покрытия регламентируются два предела огнестойкости: по потере несущей способности R и по потере целостности Е.

Для наружных ненесущих стен регламентируется один предел огнестойкости по потере целостности Е.

Для ненесущих внутренних стен и перегородок регламентируются два предела огнестойкости: по потере теплоизолирующей способности I и по потере целостности Е.

4.4 К железобетонным конструкциям, выполняющим функции противопожарных преград, относятся противопожарные стены, перекрытия и перегородки. Огнестойкость железобетонной конструкции противопожарной преграды определяется огнестойкостью:

- ограждающей части противопожарной преграды;

- конструкций, обеспечивающих устойчивость противопожарной преграды;

- опорных конструкций для противопожарной преграды;

- узлов примыкания и сопряжения противопожарных преград со смежными конструкциями.

Противопожарные преграды (стеновые и плитные конструкции) имеют повышенные пределы огнестойкости, которые регламентируются по таблице 23 Федерального закона №123-ФЗ в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков.

Пределы огнестойкости железобетонных конструкций, обеспечивающих устойчивость и/или являющихся опорными для противопожарной преграды, а также узлов сопряжения преград со смежными конструкциями по признаку R, а узлов примыкания по признакам EI, должны быть не менее предела огнестойкости противопожарной преграды.

4.5  Проектирование железобетонных конструкций преимущественно должно осуществляться таким образом, чтобы фактические пределы огнестойкости конструкций были не менее нормируемых значений, и огнестойкость обеспечивалась за счет рационального конструирования сечения железобетонной конструкции, без применения огнезащитных средств. Такой подход обеспечит долговечность и надежность железобетонных конструкций. Применение средств огнезащиты для железобетонных конструкций требуется в некоторых специально обоснованных случаях, см раздел 11.

4.6 Подтверждение соответствия фактических пределов огнестойкости железобетонных конструкций нормируемым значениям должно производиться путем проведения огневых испытаний или расчетно-аналитическими методами, приведенными в настоящем своде правил.

4.7 Расчетно-аналитические методы оценки огнестойкости, приведенные в настоящем своде правил для железобетонных конструкций сжатых, изгибаемых и растянутых элементов, основаны на результатах многочисленных исследований и огневых испытаний.

4.8 Для специфических железобетонных конструкций, не вошедших в настоящий свод правил, следует либо проводить огневые испытания для каждой конкретной конструкции при проектных условиях опирания и загружения, либо проводить комплексную расчетно-экспериментальную оценку огнестойкости с обоснованием применимости расчетного метода результатами (протоколами) серии огневых испытаний (не менее двух серий огневых испытаний идентичных конструкций).

 

Основные положения по расчету огнестойкости по потере несущей способности

 

4.9 Расчет предела огнестойкости железобетонной конструкции по потере несущей способности R состоит из теплотехнической и статической частей.

Теплотехническим расчетом определяются температуры нагрева бетона и арматуры по сечению железобетонной конструкции при воздействии стандартного температурного режима для определения коэффициентов условий работы арматуры и бетона при нагреве.

Статический расчет должен обеспечить защиту железобетонной конструкции от разрушения, а также от потери устойчивости при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима.

4.10 Расчетная оценка предела огнестойкости железобетонной конструкции по теплоизолирующей способности I производится теплотехническим расчетом. Найденные значения температуры на необогреваемой поверхности должны быть менее предельно допустимой температуры нагрева (см. п. 4.2).

4.11 Предел огнестойкости по целостности Е (образование сквозных отверстий или трещин) возникает в железобетонных конструкциях из тяжелого бетона с влажностью более 3,0-3,5 %, высокопрочного бетона класса В60 и выше, легкого бетона с влажностью более 5,0 % и плотностью более 1200 кг/м3, а также в плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двустороннем нагреве бетона в расчетном сечении выше критической температуры нагрева.

Потеря целостности при хрупком взрывообразном разрушении бетона при пожаре резко снижает предел огнестойкости железобетонной конструкции за счет уменьшения сечений элементов и более интенсивного прогрева арматуры на участках взрывообразного разрушения бетонной поверхности.

4.12 Испытаниями было установлено, что разрушения железобетонных конструкций при огневом высокотемпературном нагреве происходят по тем же схемам, что и при нормальной температуре, поэтому для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности R железобетонной конструкции используют те же уравнения равновесия и деформации, из которых выводят формулы для статического расчета.

4.13 Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности R основывают на общих требованиях расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы в соответствии с положениями СП 63.13330.

4.14 При расчете предела огнестойкости по потере несущей способности R следует учитывать изменения свойств бетона и арматуры в условиях высокотемпературного нагрева при пожаре.

4.15 Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности R производится на нормативные нагрузки и нормативные сопротивления бетона и арматуры при огневом воздействии, и с учетом дополнительных указаний, изложенных в настоящем стандарте. При этом не учитывают ветровую, сейсмическую, крановую, динамические и особые нагрузки, совпадение которых с пожаром маловероятно, а учет этих нагрузок вызовет экономически неоправданное усиление конструкций.

За нормативную нагрузку принимают действие постоянных и временных длительных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке у = 1 (СП 20.13330), которые существенно влияют на напряженное состояние железобетонной конструкции при пожаре.

В тех случаях, когда нельзя установить значения усилий от нормативной нагрузки, разрешается принимать их равными 0,7 от расчетных. Расчетная схема приложения нормативной нагрузки должна соответствовать принятой в проекте.

4.16 Решение статической задачи по оценке предела огнестойкости по потере несущей способности R сводится к определению несущей способности сечения железобетонного элемента с учетом изменения прочностных характеристик бетона и арматуры от температурного воздействия длительностью, эквивалентной нормируемому пределу огнестойкости, и ее сравнения с нагрузкой, действующей на конструкцию. Если несущая способность сечения больше или равна величине нагрузки, то нормируемый предел огнестойкости железобетонной конструкции обеспечен.

4.17 Предел огнестойкости железобетонной конструкции наступает при прогреве рабочей арматуры в конструкции до критической температуры, а также при нагреве бетона в расчетном сечении выше его критической температуры.

4.18 Критическая температура для тяжелого бетона на силикатном заполнителе составляет 500°С, на карбонатном заполнителе и конструкционного керамзитобетона - 600°С.

4.19 Для статически определимых изгибаемых железобетонных конструкций упрощенное решение статической задачи по оценке предела огнестойкости по потере несущей способности R может сводиться к определению значения критической температуры нагрева растянутой рабочей арматуры, без предварительного решения теплотехнической задачи.

Критическая температура нагрева арматуры ts,cr в растянутой зоне железобетонных конструкций, при которой образуется пластический шарнир в средней части пролета конструкции и наступает предел огнестойкости по потере несущей способности R, ориентировочно равна для арматуры без предварительного напряжения:

горячекатаной  –  500°С;

холоднодеформированной  –   400оС.

4.20 Решение теплотехнической задачи выполнимо лишь для конкретных промежутков времени с начала нагрева. Поэтому нахождение условий предельного состояние основано на принципе последовательных приближений для заданных промежутков времени. В итоге предел огнестойкости определяется либо графически, либо аналитически в результате решений уравнений предельного состояния.

4.21 При проектировании железобетонных конструкций многофункцио-нальных высотных зданий, комплексов и сооружений различного назначения, относящихся к повышенному уровню ответственности (ГОСТ 27751), а также транспортных тоннелей, отказы которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям, и конструкций, восстановление которых невозможно в процессе эксплуатации или потребует больших технических сложностей и затрат, необходимо обеспечить их огнесохранность после пожара.

4.22 За огнесохранность железобетонной конструкции после пожара принимают такое ее состояние, при котором остаточная прочность или остаточные необратимые деформации обеспечивают надежную работу. При этом остаточная прочность конструкции после пожара должна составлять не менее 90% от проектной, а необратимые остаточные деформации не должны превышать нормируемых предельных значений по СП 20.13330.

4.23 Расчет огнесохранности железобетонной конструкции после пожара ведется при расчетных значениях постоянных и временных длительных нагрузок и расчетных значениях сопротивлений бетона и арматуры, с учетом изменения свойств бетона и арматуры в охлажденном состоянии после кратковременного высокотемпературного нагрева.

Для обеспечения огнесохранности конструкции после пожара необходимо чтобы во время пожара температура нагрева арматуры не превышала:

400°С – для непреднапряженной арматуры всех классов (во избежание полных потерь сцепления арматуры с бетоном);

100°С – для преднапряженной арматуры всех классов (во избежание потерь преднапряжения).

4.24 Расчет огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций рекомендуется производить по приведенному сечению, когда сечение элемента разбивается на малые характерные участки, нагретые до различных температур, и каждый малый участок приводится к ненагретому бетону с учетом соответствующих понижающих характеристик прочности бетона. При этом расчетная площадь приведенного сечения бетона может ограничиваться изотермой критических температур нагрева бетона tb,cr.

4.25 Возможно применение упрощенного метода расчета огнестойкости и огнесохранности, который заключается в том, что рассматривается уменьшенное поперечное сечение железобетонной конструкции. При этом используется гипотеза о том, что при расчетах несущей способности конструкций можно пренебречь прочностью бетона, нагретого свыше критической температуры нагрева (см. п. 4.15), а при температурах ниже критической температуры нагрева бетона бетон сохраняет свою прочность. Этот метод применяется для обычных и преднапряженных железобетонных конструкций с учетом воздействия осевой нагрузки, изгибающего момента и их сочетаний.

4.26 Выполнение расчетов огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций с помощью программных комплексов возможно только в случае апробации результатов этих расчетов на существующих опытных и экспериментальных данных специализированных организаций.

 

5 Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него

Бетон

5.1 Нормативные R bn и расчетные Rb, Rb,ser сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и растяжению R btn, R bt и Rbt,ser, начальный модуль упругости Еb и модуль деформации бетона при сжатии Еbτ следует принимать по действующим нормативным документам по расчету железобетонных конструкций.

При пожаре железобетонные конструкции в нагруженном состоянии подвергаются кратковременному высокотемпературному нагреву, которое изменяет свойства бетона.

Изменение нормативного и расчетного сопротивлений бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывается коэффициентом условий работы бетона γbt

Rbnt = Rbnγbt; Rb,tem = Rb γ bt; Rb,ser,t = Rb,serγ bt (5.1)

Значение коэффициента условий работы γbt принимают по средней температуре бетона при расчете по формулам:

сжатой зоны - (8.9, 8.10, 8.24 - 8.26, 8.39, 8.40);

сжатой полки - (8.15, 8.16, 8.17);

сжатого ребра - (8.16, 8.17);

поперечного сечения - (8.22, 8.56);

по температуре крайнего волокна - (5.6, 5.7);

по температуре в зоне анкеровки - (8.14).

При применении упрощенного расчета предела огнестойкости по потере несущей способности железобетонной конструкции значение коэффициента условий работы бетона на сжатие γbt разрешается принимать равным единице (γbt = 1) при нагреве бетона до критической температуры (п. 4.15) и равным нулю (γbt = 0) при нагреве бетона выше критической температуры.

При расчете огнестойкости и огнесохранности по деформационной модели и с помощью компьютерных программ необходимо учитывать изменение коэффициента условий работы бетона γbt на всем диапазоне температур нагрева бетона по толщине сечения. При этом расчет ведется по фактическому геометрическому сечению бетона.

5.2 Значения коэффициентов условий работы на сжатие γbt бетонов устанавливаются опытно, путем испытаний образцов-кубов при кратковременном воздействии температур. Для тяжелых бетонов на силикатном и карбонатном заполнителе, а также для конструкционного керамзитобетона коэффициенты условий работы на сжатие γbt приведены в табл. 5.1 в зависимости от температуры прогрева бетона.

Таблица 5.1

Вид бетона

Коэффициент

Значение коэффициентов γbt, βb и φb,cr для бетона при температуре, °С

20 200 300 400 500 600 700 800

Тяжелый, на силикатном заполнителе

γbt 1 ,0 1,0 0 ,98 0,95 0 ,95 0,90 0 ,85 0,80 0 ,80 0,70 0 ,60 0,50 0 ,20 - 0 ,10 -
βb 1,0 0,70 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,05
φb,cr 1,5 3,0 5,7 9,0 13,0 19,0 - -

Тяжелый на карбонатном заполнителе

γbt 1 ,0 1,0 1 ,0 0,95 0 ,95 0,90 0 ,90 0,85 0 ,85 0,80 0 ,65 0,60 0 ,30 - 0 ,15 -
βb 1,0 0,75 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,10
φb,cr 1,2 2,4 4,6 7,2 10,0 15,0 - -

Конструкционный керамзитобетон

γbt 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 0 ,95 1,0 0 ,85 0,95 0 ,70 0,80 0 ,50 - 0 ,25 -
βb 1,0 0,85 0,80 0,70 0,60 0,45 0,30 0,15
φb,cr 0,7 3,2 5,9 9,2 13,5 20,0 - -

Примечания

1 Значения коэффициентов γbt над чертой и βb даны для бетона в нагретом состоянии и используются при расчете огнестойкости.

2 Значения коэффициентов γbt под чертой и φb,cr даны для бетона после нагрева в охлажденном состоянии и используются при расчете огнесохранности.

3. Табличные данные распространяются на бетоны классов не выше В55.

4. Для высокопрочных бетонов классов В60 и выше коэффициенты условий работы следует определять экспериментально, по результатам температурных испытаний бетонных образцов для каждого класса высокопрочного бетона в связи с отсутствием экспериментальных данных.

5.3 Нормативные R btn и расчетные Rbt и Rbt,ser сопротивления бетона растяжению при огневом воздействии также изменяются. Изменение сопротивлений бетона растяжению с увеличением температуры нагрева учитывают коэффициентом условий работы бетона на растяжение γbtn

Rbtnt = Rbtn γ btt; Rbtt = Rbt γ btt; Rbt,ser,t = Rbt,serγ btt (5.2)

При расчете на поперечную силу (формулы 8.58, 8.62, 8.64) значения коэффициента γbtt принимают по средней температуре бетона сечения, при расчете усилия в зоне анкеровки (8.14) - по температуре анкерующего стержня арматуры.

Значения коэффициента γtt принимают равными при кратковременном воздействии температур:

50°С - 0,80;

100°С - 0,75;

150°С - 0,70;

200°С - 0,65;

300°С - 0,50;

400°С - 0,35;

500°С - 0,20,

600°С - 0,05.

5.4 Температуру бетона определяют теплотехническим расчетом (см. раздел 6) или по приложениям А и Б. Среднюю температуру бетона сжатой зоны t bm, расположенной у нагреваемой грани сечения, допускается принимать:

- при х < ξR h0 - по температуре бетона, на расстоянии 0,2h0 и для плит 0,1h0 от сжатой грани сечения;

- при х ≥ ξR h0  и  х = h0 - на расстоянии 0,5x от сжатой грани сечения.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны у ненагреваемой грани сечения балки принимают по рис. 5.1.

5.5 При расчете огнестойкости изменение значения начального модуля упругости при кратковременном высокотемпературном нагреве с увеличением температуры учитывают коэффициентом βb

Ebt = Ebβb (5.3)

Значение коэффициента βb принимают по табл. 5.1 в зависимости от температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (8.31, 8.35);

- i-го сечения - (8.45, 8.48, 8.53-8.55);

- крайнего сжатого волокна - (5.5, 11.31, 11.32).

0588S10-01164

Рисунок5.1 - Средняя температура бетона сжатой зоны (у ненагреваемой стороны) в балке, обогреваемой с трех сторон, при длительности стандартного пожара от 30 до 240 мин

5.6 При расчете огнесохранности железобетонной конструкции по 2-ой группе предельных состояний на продолжительное действие нагрузок значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

Ebτ = Eb/(1 + φb,cr) (5.4)

Коэффициент ползучести бетона φb,cr после нагрева принимают по табл. 5.1 для температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (11.8);

- для крайнего волокна сжатой зоны бетона - (11.31, 11.32).

Допускается температуру бетона в центре тяжести приведенного сечения принимать равной его средней температуре.

5.7 При нагревании бетона естественной влажности его температурная деформация состоит из двух видов деформаций: обратимой - температурное расширение и необратимой - температурная усадка.

Значения коэффициентов температурной деформации расширения αbt приведены в табл. 5.2 и температурной усадки αcs - в табл. 5.3.

Таблица 5.2

Вид бетона

Коэффициент температурного расширения бетона αbt·10-6,

°С-1, при температуре бетона, °С

20 - 50 100 300 500 700 - 1100
Тяжелый на силикатном заполнителе 9 9 8 11 14,5
Тяжелый на карбонатном заполнителе 10 10 9 12 15,5
Конструкционный керамзитобетон 8,5 8,5 7 5,5 4,5
Высокопрочный бетон 10* - - - -

П р и м е ч а н и я:

1. Табличные данные распространяются на бетоны классов не выше В55.

2. Для высокопрочных бетонов классов В60 и выше коэффициенты температурного расширения бетона αbt при различных температурах следует определять экспериментально, по результатам температурных испытаний бетонных образцов для каждого класса высокопрочного бетона в связи с отсутствием экспериментальных данных.

3. Данные со звездочкой * взяты из СП 311.1325800.2017.

 

Таблица 5.3

Вид бетона

Коэффициент температурной усадки бетона αcs·10-6, °С-1, при температуре бетона, °С

20 - 50 100 300 500 700 - 1100
Тяжелый на силикатном заполнителе 0,5 1,0 1,0 -1,8 -6,8
Тяжелый на карбонатном заполнителе 0,5 1,5 1,1 1,3 1,5
Конструкционный керамзитобетон 2 2 1,5 1,5 1,5

П р и м е ч а н и я:

1. Табличные данные распространяются на бетоны классов не выше В55.

2. Для высокопрочных бетонов классов В60 и выше коэффициенты температурной усадки бетона αcs следует определять экспериментально, по результатам температурных испытаний бетонных образцов для каждого класса высокопрочного бетона в связи с отсутствием экспериментальных данных.

5.8 Относительные деформации бетона сжатию при однозначной равномерной эпюре εb0 и при двухзначной эпюре в нормальном сечении εb2 в зависимости от длительности действия нагрузки и вида расчета (на огнестойкость или огнесохранность) принимают по табл. 5.4.

Относительные деформации бетона принимают для наименее нагретого сжатого волокна бетона, так как при неравномерном нагреве сжатого бетона разрушение его происходит по наиболее прочному, менее нагретому бетону.

Таблица 5.4

Наименьшая температура нагрева сжатого бетона в сечении, °С

Относительные деформации бетона при сжатии и расчете на

огнестойкость и кратковременное нагружение

огнесохранность и длительное нагружение

εb1,red · 103 εb0 · 103 εb2 · 103 εb1,red · 103 εb0 · 103 εb2 · 103
20 0,15 0,20 0,35 0,28 0,34 0,48
100 0,19 0,25 0,44 0,35 0,43 0,60
200 0,26 0,35 0,61 0,49 0,60 0,84
300 0,38 0,50 0,88 0,70 0,85 1,20
400 0,49 0,65 1,14 0,91 1,11 1,56
500 0,68 0,90 1,58 1,26 1,53 2,16

П р и м е ч а н и я:

1. Табличные данные распространяются на бетоны классов не выше В55.

2. Для высокопрочных бетонов классов В60 и выше коэффициенты температурной усадки бетона αcs следует определять экспериментально, по результатам температурных испытаний бетонных образцов для каждого класса высокопрочного бетона в связи с отсутствием экспериментальных данных.

5.9 В таблицах 5.1-5.4 приведены данные об изменении прочностных и деформационных характеристик тяжелых бетонов на силикатном и карбонатном заполнителе, а также конструкционного керамзитобетона классов не выше В55 при кратковременном воздействии повышенных и высоких температур. Для других видов бетонов эти характеристики необходимо определять экспериментально в связи с отсутствием опытных данных.

5.10 При расчете огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций по деформационной модели может быть использована двухлинейная диаграмма состояния сжатого бетона.

При двухлинейной диаграмме (рис. 5.2) сжимающие напряжения бетона σb в зависимости от относительных деформаций εb определяют по формулам

при 0 < εb < εb1

σb = Eb,red,tεb (5.5)

при εb1 < εb < εb2

σb = Rbnt     σb = Rbt (5.6)

где εb1 = Rbt/Eb,red,t;   εb1 = Rbnt/Eb,red,t.

Значение приведенного модуля деформаций Eb,red,t принимают

Eb,red,t = Rbntb1,red; Eb,red,t = Rbtb1,red (5.7)

Базовые точки диаграммы - относительные деформации бетона σb1,red, σb0 и σb2 принимают по табл. 5.4 в зависимости от наименьшей температуры нагрева сжатого бетона, продолжительности действия нагрузки и расчета конструкции на огнестойкость или огнесохранность.

0588S10-01164

 

 

Рисунок5.2 - Диаграмма деформирования бетона при расчете огнестойкости и огнесохранности

5.11 В расчетах огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования бетона при сжатии в нагретом состоянии. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления бетона сжатию при кратковременном огневом воздействии.

5.12 В расчетах огнесохранности железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования бетона при сжатии в охлажденном состоянии после кратковременного высокотемпературного воздействия. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления бетона сжатию после огневого воздействия.

 

Арматура

5.13 Нормативные R sn, расчетные Rs, Rsc значения сопротивлений арматуры и модуль упругости арматуры Es при нормальной температуре следует принимать по действующим нормативным документам.

5.14 При кратковременном высокотемпературном нагреве прочностные и деформационные свойства арматуры изменяются.

5.15 Изменение сопротивления арматуры растяжению и сжатию при высокотемпературных воздействиях учитывают коэффициентом условий работы    γst = γ'st

Rsnt = RsnγstRst = Rsγst (5.8)
Rsct = Rscγ' st Rswt = Rswγ' st (5.9)

5.16 Изменение модуля упругости арматуры с повышением температуры учитывают коэффициентом βs

Est = Esβs (5.10)

5.17 Коэффициенты условий работы арматуры определяются опытным путем для каждого вида арматуры. Экспериментально установлено, что способ производства арматуры оказывает существенное влияние на изменение ее свойств при высокотемпературном нагреве. Рекомендуемые значения коэффициентов γst и βs приведены в табл. 5.5 в зависимости от температуры нагрева растянутой и сжатой арматуры.

Для новых современных видов и классов арматурных сталей, которые не представлены в таблице 5.5, коэффициенты условий работы при нагреве и в охлажденном состоянии после нагрева следует определять экспериментально.

Таблица 5.5

Способ

изготовления арматуры

Нормативные характеристики

прочности

(классы арматуры)

Коэф-нт

Значение коэффициентов γst, βs при нагреве арматуры до температуры, °С

20 200 300 400 500 600 700 800

Способ 1.

Горячекатаная без контролируемого охлаждения

(ГОСТ 34028-2016)

Прочность 

от 240 Н/мм2 до 400 Н/мм2

γst 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 0 ,85 1,0 0 ,60 1,0 0 ,37 1,0 0 ,22 0,92 0 ,10 0,85
βs 1,0 0,92 0,90 0,85 0,80 0,77 0,72 0,65

Cпособ 2.

Горячекатаная 

с контролируемым охлаждением (термически упрочненная)

(ГОСТ 34028-2016)

Прочность 

от 500 Н/мм2 до 1000 Н/мм2

γst 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 0 ,96 1,0 0 ,80 1,0 0 ,55 0,86 0 ,30 0,66 0 ,12 0,56 0 ,08 0,46
βs 1,0 0,90 0,85 0,80 0,76 0,70 0,66 0,61

Способ 3.

Холодная обработка катанки с нанесением периодического профиля (ГОСТ 34028-2016)

Ø > 6,0 мм до 22,0 мм

(В500С, Вр500, А500)

γst 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,81 0,85 0,33 0,38 0,18 0,19
βs 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,97 0,97 0,91 0,96 0,63 0,92

Способ 4.

Холодная обработка горячекатаного проката без нанесения периодического профиля (Stretching)

(ГОСТ 34028-2016)

А500С

γst 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,92 1,0 0,87 1,0 0,76 1,0 0,39 0,96 0,18 0,80
βs 1,0 1,0 1,0 1,0 0,95 0,93 0,75 0,96 0,6 0,95

Холоднодеформированная

       

Ø ≤ 6 мм

(Вр500, Вр1200 … Вр1500);

Канатная (К1400, К1500)

γst 1 ,0 1,0 1 ,0 1,0 0 ,90 1,0 0 ,65 0,90 0 ,35 0,80 0 ,15 0,60 0 ,05 0,50 0 ,02 0,40
βs 1,0 0,94 0,86 0,77 0,64 0,55 0,45 0,35

Примечания

1 Значения коэффициента γst над чертой и значения коэффициента βs даны в нагретом состоянии, и они используются при расчете огнестойкости.

2 Значения коэффициента γst под чертой даны в охлажденном состоянии после нагрева, и они используются при расчете огнесохранности.

3 При отсутствии других данных, значения коэффициента βs в охлажденном состоянии после нагрева принимать равными 1.

5.18 Относительные деформации удлинения арматуры εs0 при достижении напряжением расчетного сопротивления определяют как упругие

εs0 = Rst/Est. (5.11)

5.19 При расчете железобетонных элементов по деформационной модели в качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями σs и относительными деформациями εs арматуры, может быть использована наиболее простая двухлинейная диаграмма (рис. 5.3).

Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми.

Рисунок5.3 - Диаграмма деформирования арматуры при расчете огнестойкости и огнесохранности

Напряжение в арматуре σs в зависимости от относительных деформаций εs согласно диаграмме состояния арматуры определяют по формулам

при 0 < εs < εs0 σs = Estεs (5.12)
при εs0 εs εs2 σs = Rsnt σs = Rst (5.13)

Значения предельной относительной деформации арматуры составляют

при t s = (20 – 200)°С       εs2 = 0,0025;

при t s 500°С                       εs2 = 0,0050;

при 200°С < t s < 500°С        - по интерполяции.

5.20 При расчете огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования арматуры при растяжении и сжатии от кратковременного температурного воздействия в нагретом состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления арматуры растяжению и расчетного сопротивления сжатию при кратковременном температурном нагреве.

5.21  При расчете огнесохранности железобетонных конструкций после пожара используют диаграммы деформирования арматуры после температурного нагрева в охлажденном состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления арматуры растяжению или сжатию в охлажденном состоянии после высокотемпературного нагрева.

5.22 С повышением температуры арматурная сталь расширяется. Коэффициент температурного расширения арматуры αst с повышением температуры возрастает и превышает коэффициент температурной деформации бетона. Коэффициенты температурного расширения арматуры αst при различных температурах нагрева приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Класс арматуры

Коэффициент температурного расширения арматуры

αst·10-6, °C-1, при температуре, °С


Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 161;