Расчет огнестойкости строительных и железобетонных конструкций

Значение объемной критической влажности бетона (W0кр):

где с=0.58 Вт м/(МПа0С) – коэффициент пропорциональности;

Rbtn=1.5 МПа – нормативное сопротивление бетона осевому растяжению;

μкр=σсж/Rbn=0.95 – критическое значение относительного сжимающего напряжения.

W0э<W0кр – бетон данной конструкции хрупко разрушаться не будет.

Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности

Поскольку в серии предусмотрены плиты перекрытия, имеющие различные параметры продольной арматуры (количество стержней, диаметр), определение предела огнестойкости по потере несущей способности производится по относительным нагрузкам (μ=σ/Rsn) для наиболее неблагоприятного сочетания параметров конструкций.

Расчет производится по методике «Рекомендаций по расчету пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций» [4]. Плиты перекрытия при установке на балки располагаются рядом, таким образом, воздействие пожара непосредственно на ребро рассчитываемой конструкции (Р) возможно с двух взаимно перпендикулярных сторон. Расстояние до оси арматуры 45 мм, при этом толщина защитного слоя бетона для всех плит перекрытия серии предусмотрена не менее 30 мм.

Поскольку ξ<, разрушение конструкции происходит по потере прочности арматуры, проверка сжатой зоны бетона по потере прочности при нагреве – не целесообразна.

Расчетная величина x∙для арматуры:

м.

где δ =0.03 м, толщина защитного слоя бетона;

φ1= 0.62; φ2=0.5 – расчетные коэффициенты, зависящие от плотности бетона [4];

d =0.024 м – минимальный диаметр продольной арматуры;

ared = 0.00133 м2/ч – приведенный коэффициент температуропроводности.

ds = 0,02 м – минимальный диаметр арматуры при толщине защитного слоя 30 мм.

За 45 минут (τ =0.75 часа) в плите перекрытия прогревается слой толщиной (l):

м

Расстояние до оси арматуры:

мм

Расстояние от внешнего края ребра соседней с рассчитываемой плиты (С) до арматуры рассчитываемой плиты (Р) меньше l, таким образом, обогрев происходит с трех сторон.

Критическое значение коэффициента условий работы арматуры принимается равное критическому значению относительной нагрузки γst=μ=0.95.

Относительное расстояние для критической температуры арматуры при двухстороннем обогреве конструкции:

для плотности сухого бетона 2250 кг/м3.

Предел огнестойкости по потере несущей способности:

Поскольку вероятность откола наиболее вероятна в тонкостенных конструкциях в зоне сжатия бетона, то в ребрах плит перекрытия хрупкое разрушение маловероятно, таким образом, уменьшение толщины защитного слоя бетона не произойдет. Предел огнестойкости по потере несущей способности плит перекрытия при уровне относительной нагрузки 95% от максимального – составляет 41 минута.

Расчет предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности

Расчет произведен по методике «Рекомендаций по расчету пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций» [5]. Потеря теплоизолирующей способности плиты перекрытия наступает при повышении температуры необогреваемой поверхности в среднем на 140 °С. Для расчета принят односторонний одномерный прогрев конструкции при свободном теплоотводе с необогреваемой поверхности. В качестве критической температуры необогреваемой поверхности принята tcr= 140+20=160 °С. Минимальная толщина полки конструкций данных серий составляет 50 мм.

Относительное расстояние для критического прогрева бетона:

Толщина слоя бетона, прогретого до критической температуры за 45 минут.

Таким образом, конструкция при толщине полки 49 мм не обеспечивает предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности 45 минут. Поскольку хt > 0.7hf, то аналитическое определение предела огнестойкости по указанной методике не возможно, он находится по графику.

Предел огнестойкости плиты перекрытия по потере теплоизолирующей способности без учета возможного хрупкого разрушения при толщине полки 49 мм – составляет 30 минут, с учетом набетонки с суммарной толщиной 100 мм – 90 минут.

Предел огнестойкости плит перекрытия по сериям 1.442.1–1 (2) и 1.442.1–5.98 – REI 30. При увеличении суммарной толщины полки с использованием негорючих материалов до суммарной величины 100 мм – REI 45.

При толщине полки 49 мм при пожаре будет происходить хрупкое разрушение бетона. Хрупкого разрушения бетона можно избежать при увеличении толщины полки до 100 мм и уменьшении объемной влажности бетона конструкции менее 2.5%.

Предел огнестойкости может быть увеличен более 45 минут одним из следующих конструктивных решений: установкой проволочной сетки с ячейками 15 мм и диаметром проволоки 1 мм на расстоянии от нагреваемой поверхности не более 5–10 мм; нанесением теплоизолирующей штукатурки толщиной 10–20 мм из легкого бетона по поверхности конструкции; дисперсным армированием бетона у нагреваемой поверхности конструкции на глубину 10–20 мм асбестом (5–7% от массы вяжущего).

Оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре одинакова и для колонны.

Класс арматуры АIII соответствует классу арматуры S400. Класс бетона принимаем таким же, как и в плите перекрытия – С 30/37.

Отношение эксцентриситета к высоте сечения: .

Находим расчетные сопротивления бетона и арматуры при нормальных условиях:

Площадь сечения рабочей арматуры:

Расстояние до оси арматуры: .

Несущая способность колонны при нормальных условиях:

где φ=1, так как ;

– площадь сечения сжатой зоны бетона.

Уровень нагружения колонны – 55%, тогда расчетная величина внешней нагрузки на колонну равна:

.

Характеристики колонны при нагреве трех обогреваемых сторон: первая и вторая обогреваемые поверхности взаимно параллельны и перпендикулярны третьей.

15 минута пожара (τ=0.25 ч)

Для определения температуры в арматуре определяется фиктивная толщина защитного слоя арматуры и толщина прогретого слоя: