По потере несущей способности

Огнестойкость жбк

Стены. При пожарах, как правило, стены обогреваются с одной стороны и поэтому прогибаются или в сторону пожара, или в обратном направлении. Стена из центрально-сжатой конструкции превращается во внецентренно сжатую с увеличивающимся во времени эксцентриситетом. В этих условиях огнестойкость несущих стен в значительной степени зависит от нагрузки и от их толщины. С увеличением нагрузки и уменьшением толщины стены ее предел огнестойкости уменьшается, и наоборот.

С увеличением этажности зданий нагрузка на стены возрастает, поэтому для обеспечения необходимой огнестойкости толщину несущих поперечных стен в жилых зданиях принимают равной (мм): в 5...9-этажных зданиях - 120, 12-этажных – 140, 16-этажных – 160, в домах высотой более 16 этажей – 180 и более.

Однослойные, двухслойные и трехслойные самонесущие панели наружных стен подвергаются действию небольших нагрузок, поэтому огнестойкость этих стен обычно удовлетворяет противопожарным требованиям.

Несущая способность стен при действии высокой температуры определяется не только изменением прочностных характеристик бетона и стали, но главным образом деформативностью элемента в целом. Огнестойкость стен определяется, как правило, потерей несущей способности (разрушением) в нагретом состоянии; признак же обогрева "холодной" поверхности стены на 180°С не является характерным. Предел огнестойкости находится в зависимости от рабочей нагрузки (запаса прочности конструкции). Разрушение стен от одностороннего воздействия происходит по одной из трех схем:

1) с необратимым развитием прогиба в сторону обогреваемой поверхности стены и ее разрушением в середине высоты по первому или второму случаю внецентренного сжатия (по нагретой арматуре или "холодному" бетону);

2) с прогибом элемента в начале в сторону нагревания, а на конечной стадии в противоположном направлении; разрушение – в середине высоты по нагретому бетону или по "холодной" (растянутой) арматуре;

3) с переменной направления прогиба, как и в схеме 2, но разрушение стены происходит в приопорных зонах по бетону "холодной" поверхности или по косым сечениям.

Первая схема разрушения характерна для гибких стен, вторая и третья – для стен с меньшей гибкостью и платформенно опертых. Если ограничить свободу поворота опорных сечений стены, как это имеет место при платформенном опирании, уменьшается ее деформативность и поэтому предел огнестойкости увеличивается. Так, платформенное опирание стен (на несмещаемые плоскости) увеличивало предел огнестойкости в среднем в два раза по сравнению с шарнирным опиранием независимо от схемы разрушения элемента.

Уменьшение процента армирования стен при шарнирном опирании снижает предел огнестойкости; при платформенном же опирании изменение в обычных пределах армирования стен на их огнестойкость практически не влияет. При нагревании стены одновременно с двух сторон (межкомнатные стены) у нее не возникает температурного прогиба, конструкция продолжает работать на центральное сжатие и поэтому предел огнестойкости не ниже, чем в случае одностороннего обогрева.

Основные принципы расчета огнестойкости

Железобетонных конструкций

Огнестойкость железобетонных конструкций утрачивается, как правило, в результате потери несущей способности (обрушения) за счет снижения прочности, теплового расширения и температурной ползучести арматуры и бетона при нагревании, а также вследствие прогрева необращенной к огню поверхности на 180°С. По этим показателям предел огнестойкости железобетонных конструкций может быть найден расчетным путем.

В общем случае расчет состоит из двух частей: теплотехнической и статической.

В теплотехнической части определяют температуру по сечению конструкции в процессе ее нагревания по стандартному температурному режиму. В статической части вычисляют несущую способность (прочность) нагретой конструкции. Затем строят график (рис. 2) снижения ее несущей способности во времени. По этому графику находят предел огнестойкости, т.е. время нагревания, по истечении которого несущая способность конструкции снизится до рабочей нагрузки, т.е. когда будет иметь место равенство:

М_pt (N_pt) = М_n (М_n),

где М_pt (N_pt) – несущая способность изгибаемой (сжатой или

внецентренно сжатой) конструкции;

М_n(N_n) – изгибающий момент (продольное усилие) от

нормативной или другой рабочей нагрузки.

Рис. 2. Схема расчета предела огнестойкости конструкции

по потере несущей способности

По признаку прогрева предел огнестойкости конструкции находится путем теплотехнического расчета.

Теплотехнический расчет выполняют исходя из условий, что нагрев конструкции происходит по стандартному температурному режиму, принятому для испытаний конструкций на огнестойкость. Изменение температуры t во времени в любой точке конструкции может быть выражено дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье. Для одномерного потока тепла, вызывающего изменение температуры в одном направлении по сечению конструкции, уравнение Фурье имеет вид

a_пр

где t – время;

a_пр – приведенный коэффициент температуропроводности.

Чтобы решить данное уравнение, т.е. найти температуру внутри конструкции в любой момент времени, надо знать распределение температуры по сечению этой конструкции в начальный момент времени – начальное условие, ее геометрическую форму и закономерности теплообмена между окружающей средой и поверхностями конструкции – граничные условия.

Статическая модель задачи определения предела огнестойкости железобетонной конструкции сводится к вычислению несущей способности нагретой конструкции. Метод решения этой задачи зависит от вида конструкции и условий ее работы.

Для центрально-сжатых колонн в нагретом состоянии несущую способность определяют с помощью зависимости, предложенной д-ром техн. наук А.И.Яковлевым:

N_р_t = φ (А_b R_bⁿ + Аs R_sc γ_a),

где φ - коэффициент продольного изгиба для нагретых колонн;

А_b - площадь ядра сечения, ограниченного изотермой с критической температурой Т_кр, м²;

R_bⁿ - нормативное сопротивление бетона сжатию, Н/м²;

А_s - площадь сечения рабочей арматуры, м²;

R_sc - нормативное сопротивление рабочей продольной арматуры, Н/м²;

γ_a - коэффициент снижения нормативного сопротивления арматуры.

Площадь ядра сечения колонны, ограниченного изотермой с критической температурой Т_кр и коэффициент продольного изгиба нагретой колонны определяют исходя из того, что в среднем нем критическая температура для бетона на гранитном щебне и песчаного бетона равна 500°С, а для бетона на известковом щебне 600°С. При этом под критической температурой понимают такую температуру, при которой предел прочности бетона составляет половину первоначальной. Для более точных расчетов следует учитывать, что критическая температура бетона зависит также от размеров сечения конструкции и величины нагрузки.

Статически определимые изгибаемые элементы (однопролетные свободно лежащие плиты, панели и настилы перекрытий, блоки и прогоны) теряют свою несущую способность в основном за счет снижения прочности нагревающейся растянутой арматуры. Сжатые бетоны и арматура нагреваются слабо и поэтому расчет производят при условии постоянства их прочностных характеристик.

Если в растянутой зоне установлена арматура из слали одного класса, то коэффициент γ_st, учитывающий изменение сопротивления арматурой стали при повышении температуры, может быть определен из зависимости:

По вычисленному значению γ_st, определяют критическую температуру с помощью приложении 1, в путем теплотехнического расчета находят время нагрева растянутой арматуры до критической температуры, которое является пределом огнестойкости конструкции Аналогичным путем определяют предел огнестойкости конструкции при других условиях опирания и нагрева.

Аналитический расчет огнестойкости железобетонных конструкций довольно трудоемкий, что вставило исследователей искать более типичные и удобные методы расчета. А.И.Яковлевым было Предложено для решения теплотехнической задачи разработать алгоритмы на основе метода элементарных балансов А.П.Виничева. Результаты вычислений выполнены в виде номограмм для различных видов конструкций, которые позволяют определить пределы огнестойкости железобетонных конструкций, не производя сложных вычислений.

С помощью номограмм, приведенных в приложениях 2-6, можно определить пределы огнестойкости некоторых конструкций без теплотехнических расчетов. Так, для определения предела огнестойкости железобетонной плиты толщиной 80 мм из бетона на известковом наполнителе вычисляют коэффициент γ_st , учитывающий изменения сопротивления арматурой стали при повышении температуры. По вычисленному значению γ_st_,определяют критическую температуру арматуры. Затем определяют предел огнестойкости плиты. Для этого из точки, соответствующей критической температуре, проводят горизонталь до пересечения с кривой, определяющей расстояние от обогреваемой поверхности плиты до арматуры. Нормаль, проведенная из этой точки до пересечения с горизонтальной осью графика, обозначит предел огнестойкости плиты.

Если для стали класса А-IIв коэффициент γ_st оказался равным 0,45, то критическая температура составит 550°С. При такой критической температуре предел огнестойкости железобетонной плиты, у которой расстояние от обогреваемой поверхности до центра тяжести арматуры составляет 10 мм, будет равен 37 мин.

Для определения предела огнестойкости сплошной несущей стены толщиной 140 мм из бетона на известковом щебне класса В15 можно, например принять , что нагрузка на метр длины стены составит ……. МН, а процент армирования равен 0,5, то при платформенном опирании через слой раствора предел огнестойкости будет равен 125 мин, а при жестком платформенном опирании - 165 мин.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 636; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!