Анализ огнестойкости балки

 На примере ЛАЗа, можно рассмотреть основные мероприятия, выполнение которых, могло бы помочь, если не избежать, то хотя бы минимизировать ущерб. Остановимся на этом подробнее.

 Недопустимость использования  кипящей стали для изготовления  строительных конструкций. Сварные  швы при сварке элементов из  кипящей стали имеют высокий  коэффициент концентрации напряжений  и низкую прочность при динамических  нагрузках, что особенно актуально  в промышленных зданиях, где динамические  нагрузки являются неотъемлемой  частью эксплуатации. Поэтому стальные  конструкции должны выполняться  из спокойной стали, что должно  быть заложено ещё на уровне  проектирования и во время  строительства строго проверяться.

 Низкое качество железобетонных  плит покрытия (размером 3×12м) объясняется  тем, что в период возведения  здания они только начинали  применяться, технология их изготовления  была ещё не отработана, что  существенно сказалось на их  характеристиках.

К сожалению, превышение действующих нагрузок вследствие периодического замачивания утеплителя очень частое явление не только на промышленных, но и на общественных зданиях. Зачастую (как это было и на ЛАЗе) своевременное устранение протечек кровли не выполнялось. В качестве гидроизоляционного материала использовался рубероид (на момент обрушения существовало несколько слоёв).

 И повышенная динамическая  нагрузка возникла вследствие  нарушения правил эксплуатаций  цехового оборудования, что, в свою  очередь, объясняется низкой культурой  производства, и попустительством  со стороны проверяющих органов.

Все эти факторы усугубила и беспрогонная система покрытия (функции прогонов были возложены на ребристые плиты). Авария развивалась так: 12 метровая железобетонная плита (массой около 10 т) срывается одним концом с фермы и падает, удерживаясь сваркой за вторую, закручивает сжатый пояс второй фермы, который теряет устойчивость. Ферма обрушивается, и ситуация повторяется. Обрушение происходило лавинообразно, и остановилось, только дойдя до температурного шва, разрушив тем самым весь температурный блок. При использовании же прогонов, этого удалось бы избежать, и, в случае, обрушения даже нескольких плит, разрушение бы не пошло дальше.

 Обрушение на Пензенском ЛАЗе относится к первой группе предельных состояний. Данный вид обрушения является наиболее опасным, так как оно происходит внезапно, хрупко, без видимых перемещений и деформаций. В настоящее время нужно стремиться к переходу к таким конструкционным схемам, при которых первое предельное состояние не возникал бы, например, к балочным системам покрытия.

 Но все эти негативные  факторы, приведшие к аварии и  обрушению здания, можно (и нужно) было выявить не после, а до  обрушения, путём комплексного технического  обследования.

 Техническое обследование  здания и сооружения должно  проводиться в два этапа [3,c.166]:

- предварительное обследование;

- детальное обследование.

Предварительное обследование включает в себя следующие основные работы:

- анализ и изучение  проектной документации (строительных  чертежей и заключений об инженерно-геологических  условиях);

- визуальный наружный  и внутренний осмотр конструкции  с необходимыми обмерами (конструкция  сопряжения, стыков элементов, условия  опирания, нарушения сплошности, характер трещин и т.п.);

- обследование фундаментов  зданий и их состояния путём  проходки шурфов;

- инженерно-геологические  работы (бурение скважин, зондирование, отбор проб грунтов, лабораторные  исследования и др.) для установления  фактических характеристик грунтов.

 Обследование зданий  и сооружений на первом этапе  заканчивается оценкой изменения  инженерно-геологических условий  за период строительства и  эксплуатации, установлением причин  имеющихся деформаций, трещинообразовании  и составлением дефектной ведомости.

Детальное обследование включает следующие работы:

- отбор проб и определение  прочности материалов несущих  конструкций неразрушающими методами  на механическом прессе лаборатории;

- контрольные замеры  и составление схем расположение  несущих конструкций и поперечных  разрезов здания;

- выполнение поверочных  статических расчётов элементов  конструкций здания и определение  нагрузок на фундаменты с учётом  их увеличения при реконструкции;

- определение расчётного  сопротивления грунтов основания  применительно к существующей  конструкции фундамента при увеличении  нагрузок.

 Обследования зданий  и сооружений на втором этапе  заканчивается составлением технического, заключения о физико-механических  свойствах грунтов и материалов  конструкций, принимается расчётная  схема несущих конструкций, и  сооружения в целом с учётом  выявленных дефектов.

В заключении по техническому обследованию здания приводятся также рекомендации по усилению конструкций, дальнейшему использованию, наблюдения за строительными конструкциями и всем сооружением в целом (деформационный мониторинг).

При этом нормативные сопротивления по бетону и арматуре применяются равным соответствующим сопротивлениям по сжатию и растяжению с учетом температурного значения не более 450 МПа.

По бетону значения сопротивления равны:

 

 

По арматуре значения сопротивления равны:

 

 

Rscu<450МПа, тогда примем ее равную 327.7МПа.

Расчетные сопротивления бетона и арматуры для А расчета огнестойкости, снижаются путем умножения на соответствующие коэффициенты.

Для определения критической температуры необходимо определять критическое значение коэффициента условия работы арматуры γst.er:

 

Tcr=

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Расчет температуры бетона и арматуры в сечении. Построение графика при нагреве конструкции в зависимости температуры от времени

Для определения температуры в бетоне производим следующие вычисления.

 

-хi – расстояние от рассматриваемой точки сечения до i-ой согреваемой поверхности. Для точек i-ой обогреваемой поверхности хi=0, соответственно φ1 коэффициент зависящий от плотности бетона равен 0,5г, аred предел огнестойкости равен 0,00133 м/г.

Для арматуры величина хi составим:

 

Затем определяют относительное расстояние прогрева с счетом толщины нагревшего прогрева слоя бетона.

, где

-li- толщина нагревшего слоя бетона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура бетона и арматуры в зависимости от количества обогреваемых поверхности и их взаимного расположения определяют по формуле:

- при одной обогреваемой  конструкции

 

 

 

 

 

График зависимости температуры от времени.

Расчет толщины слоев бетона, прогреваемых до критических температур до заданного времени.

При одной обогреваемой поверхности относительное расстояние с учетом критического значения определяется:

 

 

Искомую величину времени достижения критической температуры в конструкции вычисляют по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 УСИЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ  ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ  ЧС

В практике реконструкции промышленных зданий и сооружений часто возникает Необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов. Необходимость усиления основных несущих элементов зданий (фундаментов, колонн, подкрановых балок) может быть вызвана следующими причинами:

увеличением нагрузок на них в результате замены либо усилением вышерасположенных конструкций (перестройка помещений, надстройка зданий);

модернизацией технологического оборудования в реконструируемом здании, изменением технологических процессов;эксплуатационным износом (потерей несущей способности от воздействия динамических и вибрационных нагрузок, агрессивной воздушной среды и т. п.);приобретенными конструктивными дефектами, возникшими в результате неправильной эксплуатации конструкций, разбрызгивания и разлива агрессивных жидкостей;случайными повреждениями (выходом из строя отдельных конструктивных элементов при демонтаже, транспортировке и установке технологического оборудования).

Различные сочетания причин необходимости усиления, а также тип и состояние строительных конструкций промышленных предприятий обусловливают, применение различных способов усиления.

Увеличение несущей способности усиливаемых конструкций может осуществляться как без изменения их напряженного состояния или конструктивной схемы (железобетонные или металлические обоймы, железобетонные рубашки, наращивание), так и с изменением напряженного состояния или конструктивной схемы конструкций (преднапряженные распорки, металлические балки, опираемые на сваи, консоли, стойки, подкосы, горизонтальные шпренгельные и комбинированные затяжки).

 

Усиление конструкций обычно требует значительно меньше затрат, чем замена их новыми, но связано с выполнением сложных строительных процессов. Усиление конструкций производится без остановки производства (эксплуатации цеха) или при кратковременных остановках.

Наиболее часто усиливают железобетонные фундаменты, колонны, балки, ригели и плиты перекрытий. Железобетонные подкрановые балки обычно не усиливают, а заменяют другими. Железобетонные фермы, находящиеся в аварийном состоянии, снимают и заменяют новыми (чаще металлическими) или ремонтируют.

Наиболее сложны работы по усилению фундаментов, балок и ригелей, менее сложны — по усилению колонн и плит перекрытий. Решения по усилению конструкций или их замене должны быть обоснованны проектом (с учетом затрат и потерь при остановке производства).

Усиление конструкций относится к числу сложных, ответственных и опасных работ, поэтому они должны производиться под личным руководством мастера или прораба.

Использование обойм, рубашек и наращивания. Монолитный железобетон часто применяется для усиления железобетонных конструкций путем устройства обойм, рубашек, одностороннего и двустороннего наращивания. Эти методы усиления при сравнительно небольшом расходе металла позволяют значительно увеличить несущую способность усиливаемых конструкций и, кроме того, обеспечить устойчивость к воздействию агрессивной среды и, следовательно, наибольшую надежность в эксплуатации.

Обоймы, рубашки, наращивания состоят из арматуры и тонкого слоя (обычно 30—100 мм, в отдельных случаях до 300 мм) бетона.

Железобетонная обойма состоит обычно из арматуры и тонкого слоя бетона, охватывающего усиливаемый элемент с четырех сторон, и применяется для усиления балок, ригелей и колонн.

Рабочая арматура обойм служит для усиления конструкций в растянутых зонах. Благодаря усадке бетона железобетонные обоймы плотно обжимают усиливаемый элемент и работают с ним совместно.

Прочность сцепления нового бетона со старым зависит от многих факторов: условий укладки бетонной смеси, методов ее уплотнения, тщательности обработки поверхности сопряжения, класса бетона и т. д.

При усилении колонны железобетонной обоймой поверхность усиливаемой колонны сначала очищают и насекают для лучшего сцепления бетонной смеси обоймы с колонной. По периметру колонны устанавливают арматуру и разборно-переставную опалубку из щитов. Затем бетонируют обойму методом инъецирования мелкозернистой бетонной смеси, нагнетая ее в опалубку через инъекционные отверстия в щитах. Уплотняют бетонную смесь наружным вибратором.