Колонна среднего ряда (6КК84)

Вид бетона – тяжелый бетон, вяжущее – портландцемент М 400, заполнители – песок, гранитный щебень. Плотность бетона – 2330 кг/м³. Влажность – 2%. Класс бетона – В 20. Нагрузка – 290 кН.

 

 
1.9. Основные принципы расчета огнестойкости железобетонных конструкций

Предел огнестойкости железобетонных конструкций наступает в результате потери несущей способности (обрушения) за счет снижения прочности, теплового расширения и температурной ползучести арматуры и бетона при нагревании, а также вследствие прогрева не обращенной к огню поверхности на 140 ⁰С. По этим показателям предел огнестойкости железобетонных конструкций может быть найден расчетным путем.

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

Теплотехническим расчетом определяют время предела огнестойкости, по истечении которого арматура нагревается до критической температуры или сечение бетона конструкции сокращается до предельного значения при воздействии на нее стандартного температурного режима.

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 [4]:

                                                                                            (1.1)

где τ – время;

t – температура;

а_пр – приведенный коэффициент температуропроводности;

y – координата точки.

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

Теплотехническим расчетом определяют и предел огнестойкости железобетонной конструкции по теплоизолирующей способности I.

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

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.

Так, для центрально-сжатых колонн в нагретом состоянии несущую способность определяют с помощью зависимости, предложенной А.И. Яковлевым [4]:

N_pt = j ( A_bRⁿ_b + A_sR_scg_a ),                                                                                  (1.2)

где j - коэффициент продольного изгиба для нагретых колонн;

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

R_b – нормативное сопротивление бетона сжатию, Н/м²;

А_s – площадь сечения рабочей арматуры, м²;

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

g_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 критическая температура для бетона на гранитном щебне и песчаного бетона равна 650⁰С, а для бетона на известковом щебне равна 750⁰С. 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 определяемые изгибаемые элементы (однопролетные свободно лежащие плиты, панели и настилы перекрытий, балки и ригели) 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 стали одного класса, то коэффициент g_{s, tem}, учитывающий изменение сопротивления арматурой стали при повышении температуры, может быть определен из зависимости:

                                                         (1.3)

                                                                           (1.4)

где M_n – момент от рабочей нагрузки, Н/м²;

A^’_s – сечение сжатой арматуры, м²;

Rⁿ_sc – нормативное сопротивление рабочей арматуры, Н/м²;

x_t – высота сжатой зоны, м;

a^’ – расстояние от сжатой грани до центра сжатой арматуры, м;

A_s – сечение растянутой арматуры, м²;

h_o – полезная высота сечения, м;

b – ширина сечения сжатого бетона, м;

Rⁿ_b – нормативное сопротивление бетона сжатию, Н/м².

Эти зависимости справедливы при 0, 5x_t £ a'.

По вычисленному значению g_{s, tem} определяют критическую температуру с помощью приложение 4, а путем теплотехнического расчета находят время нагрева растянутой арматуры до критической температуры, которое принимается за предел огнестойкости конструкции. Аналогичным путем определяют предел огнестойкости конструкции при других условиях опирания и нагрева.

За нормативную нагрузку принимают наиболее неблагоприятное сочетание нормативных, постоянных, временных длительных статических нагрузок, существенно влияющих на напряженное состояние железобетонной конструкции при пожаре. В тех случаях, когда нельзя установить усилия от нормативной нагрузки, разрешают принимать их равными 0, 7 расчетных усилий. Расчетная схема приложения нормативной нагрузки должна соответствовать проекту.

Несущая способность железобетонных конструкций при огневом воздействии зависит от изменения свойств бетона и арматуры с ростом температуры. Решение статической задачи по оценке огнестойкости сводится к определению значения критической температуры нагрева растянутой арматуры.

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

Вычисленные пределы огнестойкости железобетонных конструкций должны быть не менее принятых значений (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Соответствие степени огнестойкости и предела огнестойкости строительных конструкций зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков

Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков	Пределы огнестойкости строительных конструкций
	Несущие стены, колонны и другие несущие элементы	Наружные ненесущие стены	Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)	Строительные конструкции бесчердачных покрытий		Строительные конструкции лестничных клеток
				настилы (в том числе с утеплителем)	фермы, балки, прогоны	внутренние стены	марши и площадки лестниц
I	R120	E30	REI 60	RE 30	R30	REI 120	R 60
II	R95	E15	REI 45	RE 15	R15	REI 90	R 60
III	R45	E15	REI 45	RE 15	R15	REI 60	R 45
IV	R15	E15	REI 15	RE 15	R15	REI 45	R 45
V	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется

 

При расчете огнестойкости целесообразно рассматривать приведенные сечения. При этом расчетная площадь приведенного сечения бетона может ограничиваться изотермой критических температур нагрева бетона t_{b, cr}. Критическая температура нагрева арматуры характеризует стадию образования пластического шарнира в растянутой зоне железобетонных конструкций и наступление предела огнестойкости при огневом воздействии.

Критическая температура нагрева арматуры t_{s, cr}, при которой, возможно, образуется пластический шарнир и наступает предел огнестойкости, ориентировочно равна для арматуры классов: А240, А300 - 510 °С; А400 - 550 °С; А500, А540 - 520 °С; В500 - 430 °С; А600 - 510 °С; А800 - 500 °С; А1000 - 450 °С; Вр1200-Вр1500, К1400, К1500 - 410 °С [1].

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: