Теплотехнический расчет железобетонных конструкций

6.1 Для определения предела огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать распределение температур по бетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного пожара. Согласно положениям ГОСТ 30247.1 температура стандартного пожара изменяется в зависимости от времени огневого воздействия и выражается уравнением:

t = 345lg(0, 133τ + 1) + t_e, (6.4)

где τ - время нагрева, мин;

t_e - начальная температура, °С.

При начальной температуре t_e = 20 °С по уравнению (6.4) температура среды поднимается в зависимости от времени огневого воздействия (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Время, мин.	t, °С	Время, мин.	t, °С	Время, мин.	t, °С

6.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения элемента в заданный момент времени. Функциональная зависимость температуры от времени описывается дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье при нелинейных граничных условиях и сложном процессе тепло- и массопереноса.

Алгоритм расчета представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы ее узлы располагались не только в толщине сечения, но и по его периметру, а также в центре стержней для конструкций с гибкой арматурой, и по длине полок и стенки в середине их толщины для конструкций с жесткой арматурой. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0, 01 - 0, 03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.

6.3 Для теплотехнического расчета железобетонных элементов рекомендуется принимать:

коэффициент теплопроводности тяжелого бетона:

на силикатном заполнителе:

λ = 1, 2 - 0, 00035t, Вт/(м · °С); (6.2)

на карбонатном заполнителе:

λ = 1, 14 - 0, 00055t, Вт/(м · °С); (6.3)

для конструкционного керамзитобетона:

λ = 0, 36 - 0, 00012t, Вт/(м · °С); (6.4)

коэффициент теплоемкости:

для тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителях:

С = 0, 71 - 0, 00083t, кДж/(кг · °С); (6.5)

для конструкционного керамзитобетона:

С = 0, 83 - 0, 00042t, кДж/(кг · °С). (6.6)

Приведенный коэффициент температуропроводности:

a_red = λ /(C + 50W)ρ, м²/ч, (6.7)

где λ и С - расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона при 450 °С;

ρ - плотность сухого бетона, кг/м³;

W - весовая эксплуатационная влажность бетона, кг/кг.

В элементах с жесткой арматурой, у которых наблюдается перепад температуры по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры, необходимо учитывать теплопроводность стали. Коэффициент теплопроводности стали равен:

λ = 58 - 0, 0048t, Вт/(м · °С). (6.8)

Коэффициент теплоемкости стали равен:

С = 0, 48 - 0, 00063t, кДж/(кг · °С). (6.9)

6.4 Для наиболее часто применяемых в строительстве железобетонных конструкций (плит, стен, балок, колонн) были проведены теплотехнические расчеты распределения температур в бетоне поперечного сечения элемента при одно-, двух-, трех-, и четырехстороннем нагреве в зависимости от длительности воздействия стандартного пожара.

Теплотехническому расчету были подвергнуты железобетонные конструкции из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м³, влажностью до 2, 5 - 3 % на силикатном и карбонатном заполнителе, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400 - 1600 кг/м³ с влажностью до 5 % (см. приложения А и Б).

Предел огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности

7.1 Температура на необогреваемой поверхности конструкции при одностороннем огневом воздействии зависит от условий теплообмена на этой поверхности, который характеризуется коэффициентом теплоотдачи.

В расчет вводится среднее арифметическое начального и конечного коэффициентов теплоотдачи. Начальное значение находят при повышении температуры на 1 °С на необогреваемой поверхности. Конечное значение коэффициента теплоотдачи определяют при повышении температуры на необогреваемой поверхности до 160 °С, т.е. при наступлении предела огнестойкости конструкции по потере теплоизолирующей способности. Затем теплотехническим расчетом находят время достижения предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности.

7.2 Предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I при одностороннем нагреве плит, стен из тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителе и из конструкционного керамзитобетона при длительности огневого воздействия до 300 мин указан на рис. 7.1. Для многопустотных плит предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности следует умножить на коэффициент 0, 65.

0588S10-01164

1 - тяжелого бетона на силикатном заполнителе; 2 - тяжелого бетона на карбонатном заполнителе; 3 - конструкционного керамзитобетона

Рисунок7.1 - Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит (стен) при одностороннем нагреве бетона от стандартного пожара по ГОСТ 30247.1

Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности

Основные условия

8.1 Огнестойкость по потере несущей способности железобетонных элементов при огневом воздействии стандартного пожара рассчитывают следующим образом.

Для принятого по проекту размера сечения, в зависимости от вида бетона и требуемого предела огнестойкости R, теплотехническим расчетом или по приложениям А и Б находят распределение температуры в бетоне сечения элемента и температуру нагрева арматуры.

Если коэффициент γ _bt принимают равным 1, то определяют глубину прогрева бетона a_t до критической температуры (рис. 8.1 и 8.2). Устанавливают приведенные размеры сечения по формулам (8.1 - 8.8) и в формулах прочности нормальных и наклонных сечений используют R_bn, R_btn, b_t, h_t, b'_ft, h'_ft, A_red и h_ot.

Когда принимают коэффициент γ _bt < 1, который зависит от температуры бетона, сначала определяют R_bnt по формуле (5.1) и R_btnt по формуле (5.2) для каждой части сечения и их значения подставляют в формулы прочности нормальных и наклонных сечений с действительными размерами сечений.

Определяют прочность сечения железобетонного элемента от действия нормативной нагрузки и стандартного пожара при требуемом пределе огнестойкости. Если вычисленная прочность больше или равна прочности сечения от нормативной нагрузки до пожара, то требуемый предел огнестойкости обеспечен.

8.2 При расчете железобетонных элементов приведенные размеры сечений принимают равными:

при трехстороннем нагреве:

ширина балки, колонны b_t = b - 2a_t; (8.1)

ширина полки b'_ft = b'_f - 2a_t; (8.2)

высота полки h'_ft = h'_f - a_t; (8.3)

высота сечения балки, колонны h_t = h - а_t; (8.4)

площадь балки A_red = 0, 95(b - 2a_t)(h - а_t); (8.5)

при четырехстороннем нагреве:

высота сечения колонны h_t = h - 2a_t; (8.6)

площадь сечения колонны A_red = 0, 9(b - 2a_t)(h - 2а_t). (8.7)

Рабочая высота сечения при нагреве со стороны сжатой зоны равна:

h_0t = h₀ - a_t. (8.8)

Глубина прогрева бетона a_t до критической температуры в балках от нагреваемой грани сечения дана на рис. 8.1.

0588S10-01164

1 - t_{b, cr} = 500 °С - на силикатном заполнителе; 2 - t_{b, cr} = 600 °С - на карбонатном заполнителе; 30 - 240 - время прогрева, мин, от стандартного пожара по ГОСТ 30247.1

Рисунок 8.1 - Глубина прогрева a_t до критической температуры t_{b, cr} тяжелого бетона в балке от нагреваемой грани сечения

Глубина прогрева бетона а_t до критической температуры в колоннах при четырехстороннем огневом воздействии показана на рис. 8.2.

0588S10-01164

1 - на силикатном заполнителе; 2 - на карбонатном заполнителе

Рисунок8.2 - Глубина прогрева а_t до критической температуры тяжелого бетона в колонне при воздействии температуры стандартного пожара по ГОСТ 30247.1

Плиты

8.3 Железобетонные плиты, опертые по двум противоположным сторонам, при одностороннем нагреве снизу разрушаются в результате образования пластического шарнира в середине пролета из-за снижения нормативного сопротивления арматуры растяжению до критического значения напряжения от нормативной нагрузки (рис. 8.3).

Во многих случаях можно пренебречь прогревом бетона сжатой зоны и сжатой арматуры, так как они нагреваются незначительно.

Прочность сечения плит проверяют по формуле:

М = R_bnbx(h₀ - 0, 5x) + R_scA'_s(h₀ - a'). (8.9)

При этом высота сжатой зоны определяется:

x = (R_sntA_s - R_scA'_s)/R_bnb. (8.10)

Если температура сжатой зоны бетона и сжатой арматуры высокая, то вформулы (8.9) и (8.10) вводят нормативное сопротивление бетона сжатию, вычисленное по формуле (5.1), и сопротивление сжатию арматуры, определенное по формуле (5.9).

В сильно армированных плитах при x < x_R допускается их прочность определять по формуле:

М = R_sntA_s(h₀ - 0, 5х) + R_sctA'_s(0, 5x - a'). (8.11)

Высоту сжатой зоны определяют по формуле (8.10).

8.4 Критическое значение коэффициента условий работы растянутой арматуры, когда x < x_R, вычисляют по формулам:

при одиночном армировании

γ _{st, cr} = M_n/R_snA_s(h₀ - 0, 5x); (8.12)

0588S10-01164

Рисунок8.3 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси: балочной плиты в пролете (а) и консольной плиты на опоре (б), обогреваемых с нижней стороны

при двойном армировании

γ _{st, cr} = [M_п - R_sctA'_s(0, 5x - a')]/R_snA_s(h₀ - 0, 5х), (8.13)

где М_п - момент от нормативной нагрузки.

Высоту сжатой зоны определяют по формуле (8.10).

Зная критическое значение коэффициента условий работы арматуры γ _{st, cr}, в зависимости от класса арматуры по табл. 5.5 определяют критическую температуру нагрева арматуры t_{s, cr}.

Время наступления предела огнестойкости находят по кривым прогрева бетона плит (см. рис. А.1 - А.6 приложения А). На вертикальной оси прогрева плиты находят значение критической температуры арматуры и проводят горизонтальную прямую до пересечения с кривой нагрева бетона, расположенного на расстоянии, равном расстоянию от оси арматуры до нагреваемой поверхности плиты. Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с горизонтальной осью и находят длительность стандартного пожара в минутах, соответствующую пределу огнестойкости R плиты по потере несущей способности.

Многопустотные плиты

8.5 В многопустотных плитах предел огнестойкости может наступить при действии изгибающего момента от нормативной равномерно распределенной нагрузки, в опасном наклонном сечении от поперечной силы и проскальзывания арматуры на опоре при нагреве контактного слоя бетона и арматуры до критической температуры.

Расчет огнестойкости при действии изгибающего момента в опасном наклонном сечении производится из условия (8.63). Полученный момент умножают на коэффициент 0, 9.

При огневом воздействии момент, воспринимаемый продольной арматурой, пересекающей растянутую зону наклонного сечения, определяют из условия (8.66).

Усилие N_s в формуле (8.64), воспринимаемое анкерующим стержнем арматуры при d_s ≤ 32 в зоне анкеровки, определяют по формуле:

N_s = (η ₁R_btntl_su_s/α ) < R_sntA_s, (8.14)

где η ₁ - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры и равный 1, 5 - для гладкой арматуры; 2, 0 - для холодно-деформируемой арматуры периодического профиля; 2, 5 - для горячекатаной арматуры периодического профиля;

R_btnt - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению, определяемое по формуле (5.2), в которой коэффициент условия работы бетона на растяжение γ _btt принимают в зависимости от температуры бетона, равной температуре анкерующего стержня на опоре. Температуру арматуры в зоне анкеровки при опирании плиты на железобетонный ригель или стену принимают равной 0, 8; при опирании на металлическую балку - t_s;

l_s - расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения плиты, принимаемого в качестве длины анкеровки (не менее 15d_s и 200 мм), требуемой для передачи усилия в арматуре N_s на бетон;

u_s - периметр поперечного сечения анкеруемого стержня, определяемый по его номинальному диаметру;

α - коэффициент, учитывающий влияние напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки на длину анкеровки. При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств α принимают равным 1, 0 для растянутых стержней и равным 0, 75 - для сжатых стержней.

Момент, воспринимаемый хомутами в пределах растянутой зоны наклонного сечения при огневом воздействии, определяют по формуле (8.67).

8.6 За предел огнестойкости многопустотной плиты принимается минимальное значение из пределов огнестойкости при образовании пластического шарнира в середине пролета и у края наклонной трещины.

Для определения предела огнестойкости момент при образовании пластического шарнира в середине пролета определяют по формулам (8.9) и (8.11), в которых вместо ширины ребра b подставляют ширину сжатой полки b'_f, и полученный момент умножают на 0, 9.

Консольные плиты

8.7 Консольные плиты имеют жесткую заделку на одной опоре. При одностороннем огневом воздействии снизу прочность опорного сечения снижается, в основном, за счет нагрева до высоких температур сжатого бетона и, как следствие, уменьшения расчетной высоты сечения (см. рис. 8.3, б). Расчетная высота сечения уменьшается на толщину слоя бетона a_t, прогретого до критической температуры.

Прочность опорного сечения при действии нормативной нагрузки и огневом воздействии снизу следует определять по формулам (8.9) и (8.11), в которых (h₀ - 0, 5х) заменяют на (h_0t - 0, 5х), а значение h_0t вычисляют по формуле (8.8).

Для плит из бетона классов В30 и ниже с ненапрягаемой арматурой, если полученное из расчета по формуле (8.10) значение х >  _Rh_0t, допускается производить расчет по этим формулам, принимая высоту сжатой зоны х = x_Rh_0t.

Балки

8.8 В подавляющем большинстве случаев балки во время пожара подвергаются трехстороннему нагреву. Огневому воздействию подвергаются нижняя горизонтальная поверхность и две боковые вертикальные поверхности. Происходит нагрев не только растянутой арматуры, но и бетона сжатой зоны и сжатой арматуры (рис. 8.4).

8.9 Момент, который может выдержать балка прямоугольного поперечного сечения, определяют по формулам (8.9) и (8.11), в которые вместо b подставляют приведенную ширину балки b_t, вычисленную по формуле (8.1).

0588S10-01164

а - прямоугольного сечения, б - таврового сечения с сжатой зоной в полке; в - таврового сечения с сжатой зоной в ребре

Рисунок 8.4 - Схема усилий и эпюра напряжений, возникающих в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента, от трехстороннего огневого воздействия пожара, при расчете на огнестойкость

Прочность тавровых и двутавровых изгибаемых элементов определяют в зависимости от положения сжатой зоны. Если граница сжатой зоны проходит в полке (рис. 8.4, б), то должно соблюдаться условие:

R_sntA_s < R_bnb'_fth'_ft + R_sctA'_s. (8.15)

Если граница сжатой зоны проходит в полке, то расчет следует выполнять как для прямоугольного сечения шириной b'_ft. В формулы (8.9) и (8.11) вместо b подставляют ширину полки b'_ft вычисленную по формуле (8.2).

Если граница сжатой зоны проходит в ребре и условие (8.15) не выполняется, то значение момента определяют по формуле:

М = R_bnb_tx(h₀ - 0, 5x) + R_bn(b'_ft - b_t)h'_ft(h₀ - 0, 5h'_ft) + R_sctA_s(h₀ - a'). (8.16)

При этом высоту сжатой зоны бетона определяют по формуле:

х = [R_sntA_s - R_sctA'_s - R_bn(b'_ft - b_t)h'_ft]/R_bnb_t. (8.17)

8.10 В балках, армированных разными классами сталей при многорядном армировании, арматура рядов разных уровней будет нагреваться неодинаково. В этом случае при x < x_R прочность вычисляют по формуле:

М = Σ R_sntA_s(h₀ - 0, 5х) + Σ R_sctA'_s(0, 5x - а'). (8.18)

8.11 Критическая температура растянутой арматуры изгибаемых элементов при x < x_R определяет наступление предела огнестойкости по потере несущей способности.

Критическое значение коэффициента условия работы растянутой арматуры вычисляют:

в балках прямоугольного сечения при одиночной арматуре (без учета сжатой арматуры) по формуле (8.12);

в балках прямоугольного сечения с учетом сжатой арматуры по формуле (8.13); в балках таврового сечения, когда граница сжатой зоны проходит в ребре:

γ _{s, cr} = (М_п - А - В)/R_snA_s(h₀ - 0, 5х); (8.19)

А = R_bn[b_tx(h₀ - 0, 5х) - h'_ft(h₀ - 0, 5h'_ft)]; (8.20)

B = R_sctA_s(h₀ - a'). (8.21)

Значение высоты сжатой зоны определяют по формулам (8.10), (8.17), приведенную ширину балки b_t - по формуле (8.1), ширину полки b'_ft - по формуле (8.2).

Зная критическое значение коэффициента условий работы арматуры γ _{st, cr}, в зависимости от класса арматуры, по табл. 5.5 определяют критическую температуру нагрева арматуры t_{s, cr}, для крайнего стержня арматуры в балке. Зная расстояние от оси арматуры до нижней и боковой поверхностей балки, на схемах прогрева балок (см. рисунки Б.7 - Б.22 приложения Б) находят ту схему прогрева балки, в которой температура бетона равна критической температуре оси арматуры крайнего стержня. На этой схеме сверху указана длительность стандартного пожара, которая будет соответствовать пределу огнестойкости балки по потере несущей способности R.

При промежуточных значениях температуры t_{s, cr} на схемах прогрева балок предел огнестойкости определяется по линейной интерполяции.

Колонны

8.12 Колонны, находящиеся в стенах, могут подвергаться огневому воздействию с одной стороны, а также с двух и трех сторон. Отдельно стоящие колонны, как правило, подвергаются огневому воздействию с четырех сторон.

Огневое воздействие вызывает неравномерное распределение температуры в бетоне по поперечному сечению колонны. Периферийные слои бетона прогреваются значительно больше, чем внутренние, что приводит к снижению прочности и сильному развитию деформаций бетона у краев сечения колонны. Менее нагретый бетон центральной части сечения обладает большей прочностью и меньшей деформативностью. Разрушение колонн происходит по менее нагретому, более прочному бетону при деформации сжатия, близкой к предельной.

В арматуре, расположенной у краев сечения колонны, при высоких температурах нагрева развиваются большие пластические деформации, и она перестает воспринимать усилия от внешней нагрузки, которые передаются на менее нагретый бетон в центральной части колонны.

8.13 Расчет прочности при четырехстороннем огневом воздействии прямоугольных сечений внецентренно сжатых колонн с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения, при эксцентриситете продольной силы е₀ ≤ h/30 и гибкости λ = l₀/h ≤ 20 производят по формуле:

N = φ (R_bnA_red + R_sctA_{s, tot}), (8.22)

где A_red - приведенная площадь сечения, которую определяют по формуле (8.7);

A_{s, tot} - площадь всей продольной арматуры в сечении.

8.14 Коэффициент продольного изгиба φ для нагретых прямоугольных и круглых колонн следует принимать в зависимости от отношения расчетной длины колонны l₀ к приведенным высоте h_t или диаметру d_t по табл. 8.1.

Таблица 8.1

l0/ht	6 - 12
l0/dt	5 - 10
φ для тяжелого бетона	0, 90	0, 80	0, 70
φ для конструкционного керамзитобетона	0, 85	0, 68	0, 55

Площадь приведенного круглого сечения:

A_red = 0, 785d_t² = 0, 785(d - 2а_t)². (8.23)

Приведенная высота сечения колонны h_t определяется по формуле (8.4) или (8.6).

Глубину прогрева бетона a_t для круглой колонны находят по рис. 8.2, принимая d_t = 0, 9b_t, и найденное значение a_t умножают на коэффициент 1, 11.

8.15 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых колонн при огневом воздействии производят из условия:

Ne ≤ R_bnb_tx(h₀ - 0, 5х) + R_sctA'_s(h₀ - a'). (8.24)

Высоту сжатой зоны определяют по формуле (рис. 8.5):

при  = х/h₀ ≤ x_R

x = (N + R_snlA_s - R_sctA_s)/R_bnb_t (8.25)

при x = х/h₀ > x_R

_{0588S10-01164}

(8.26)

При четырехстороннем огневом воздействии в формуле (8.24) вместо (h₀ - 0, 5х) вводят (h_0t - 0, 5x). Приведенную высоту сечения h_0t определяют по формуле (8.8). Приведенную ширину b_t в формулах (8.24) и (8.25) определяют по формуле (8.1).

0588S10-01164

а - при трехстороннем; б - при четырехстороннем обогреве и расчете на огнестойкость

Рисунок8.5 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого железобетонного элемента

8.16 Эксцентриситет или расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры колонны при огневом воздействии определяется по следующей формуле:

е = е₀η + 0, 5(h_0t - а') + e_t; (8.27)

e₀ = M/N. (8.28)

Значение коэффициента, учитывающего влияние продольного изгиба колонны на ее несущую способность, определяют по формуле:

(8.29)

Условную критическую силу определяют по формуле:

N_cr = p²D/l₀². (8.30)

Жесткость железобетонного элемента в предельной по прочности стадии допускается определять по формуле:

_{0588S10-01164}

(8.31)

где J, J_s - моменты инерции соответственно бетонного сечения и сечения всей продольной арматуры относительно центра тяжести поперечного сечения элемента;

E_bt, E_st - модули упругости бетона и арматуры при огневом воздействии, определяемые по формулам (5.3) и (5.10);

φ ₁ - коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии:

φ ₁ = 1 + (М_l1/М₁), (8.32)

где М₁, М_l1 - изгибающие моменты внешних сил относительно центра тяжести сечения растянутой (или менее сжатой) арматуры соответственно от действия полной нагрузки и от действия постоянных и длительных нагрузок.

Значение δ _е определяется по формуле:

δ _е = е₀/h_t, но не менее 0, 3. (8.33)

При одно-, двух- или трехстороннем неравномерном нагреве по высоте сечения внецентренно сжатой колонны дополнительный эксцентриситет (или прогиб) от огневого воздействия определяют по формуле:

e_t = a(α _stt_s - α _btt_b)l₀²/8h₀. (8.34)

При четырехстороннем нагреве e_t = 0.

Для колонн с несмещающими заделками на двух концах (без поворота) l₀ = 0, 5l; а = 0, 55.

Для колонн с несмещающими заделками на двух концах с податливым ограниченным поворотом l₀ = 0, 8l; а = 0, 7.

Для колонн с шарнирными опорами на двух концах l₀ = l; а = 1, 0.

Коэффициент α _bt принимают по табл. 5.2 в зависимости от температуры бетона менее нагретой сжатой грани сечения и α _st - по табл. 5.6 в зависимости от температуры арматуры у нагреваемой грани.

8.17 Эксцентриситет, или расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры колонны при четырехстороннем огневом воздействии, допускается определять по формуле:

_{0588S10-01164}

(8.35)

где Е_b1 - определяют по формуле (11.8);

J_red - по формуле (11.9).

8.18 Косвенное армирование сетками или спиралями повышает предел огнестойкости в среднем на 20 %. Расчет огнестойкости колонн при косвенном армировании следует выполнять по формулам (8.22) или (8.24), подставляя в эти формулы вместо R_bn приведенную призменную прочность бетона R_{bn, red}, определенную с учетом влияния огневого воздействия на нормативные сопротивления арматурной стали сетки или спирали.

Несущие стены

8.19 Железобетонные несущие стены сплошного сечения с гибкостью λ ≤ 83 (l₀/h_t ≤ 24) при одностороннем огневом воздействии, с жесткими несмещаемыми опорами, когда продольная сжимающая сила приложена с начальным или случайным эксцентриситетом со стороны обогреваемой поверхности, работают на внецентренное сжатие. Предел огнестойкости по потере несущей способности наступает при прогибе стены, направленном в необогреваемую сторону.

Прогиб от неравномерного нагрева стены по высоте сечения в расчете не учитывают, так как он направлен в обогреваемую сторону и уменьшает эксцентриситет приложения продольной сжимающей силы.

8.20 При одностороннем огневом воздействии и с жестким опиранием стены прочность внецентренно сжатых плоских элементов при приложении продольной силы с большим эксцентриситетом (рис. 8.6), когда x = х/h_0t ≤ x_R, определяют по формулам (8.24) - (8.26).

0588S10-01164

а - расчетные размеры стены; б - схема разрушения стены при одностороннем огневом воздействии; в - схема сечения стены при расчете огнестойкости

Рисунок 8.6 - Железобетонная стена с ограниченным поворотом опорных сечений

8.21 Расчетный предел огнестойкости железобетонных стен при контактном опирании на упругоподатливое основание, при растворных швах толщиной 20 мм, умножается на коэффициент упругой податливости 0, 75; при швах толщиной 5 мм, заполненных цементно-песчаной пастой, - на коэффициент 0, 85.

8.22 В условиях пожара двухсторонний обогрев железобетонной стены не всегда возможен. Однако при одновременном нагревании с двух сторон в железобетонной стене практически не возникает температурного прогиба, и стена продолжает работать на сжатие. Предел огнестойкости R такой стены, возможно, будет выше, чем при одностороннем нагреве.

Растянутые элементы

8.23 В несущих конструкциях ферм и арок имеются железобетонные элементы, которые работают на центральное и внецентренное растяжение. Как правило, эти элементы во время пожара обогреваются со всех сторон.

8.24 Прочность прямоугольных железобетонных элементов при всестороннем огневом воздействии следует вычислять по следующим формулам:

при центральном растяжении

N = Σ R_sntA_s; (8.36)

при внецентренном растяжении и продольной силе, приложенной между усилиями в арматуре S и S' (см. рис. 8.7)

Ne ≤ R_sntA'_s(h₀ - a'); (8.37)

Ne' ≤ R_sntA_s(h₀ - a'); (8.38)

при продольной силе, приложенной за пределами расстояния между усилиями в арматуре S и S'

Ne ≤ R_bnb_tx(h_0t - 0, 5х) + R_sctA'_s(h₀ - а'). (8.39)

Высота сжатой зоны равна:

x = (R_sntA_s - R_sctA'_s - N)/R_bnb_t. (8.40)

Если х >  _R/h₀, то в условие (8.39) подставляют х =  _Rh_0t.

Расстояние е от растягивающей продольной силы до равнодействующей усилий в арматуре определяют по формуле (8.27) без коэффициента η, так как нет дополнительного продольного изгиба от растягивающей силы, и без е_t, так как при всестороннем огневом воздействии нет дополнительного выгиба от неравномерного нагрева.

0588S10-01164

Продольная сила приложена: а - между усилиями в арматуре A_s и A'_s; б - за пределами расстояния между усилиями в арматуре A_s и A'_s

Рисунок 8.7 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно растянутого железобетонного элемента, при четырехстороннем обогреве во время пожара при расчете огнестойкости

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: