Динамика и устойчивость сооружений

 

Содержание                                                                                               стр.

 

1.1.     Строительные материалы                                                                        2

  1.2.    Общие свойства строительных материалов и их изменение при пожаре.   4

  1.2.1   Железобетонные строительные  конструкции.                                                 4

1.2.1.1   Поведение ЖБК в условиях пожара                                                           4

1.2.2      Стальные строительные конструкции                                                          9

1.2.2.1    Поведение стальных строительных  конструкций при пожаре               11

1.3          Деревянные строительные конструкции                                                  12

1.3.1       Поведение  деревянных строительных конструкций  при пожаре           13

1.4          Пожарно-техническая классификация строительных материалов

2.   Расчетная часть                                                                                              16

2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели

       перекрытия ПК 6 – 58.12                                                                                      19

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной

       колонны КСР–442–29                                                                                           23

2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями

       СНиП 21-01-97*                                                                                                   32

Заключение                                    35

Список литературы                          36

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.

Строительные материалы  классифицируют по назначению, технологическому признаку и способу изготовления.

По назначению строительные материалы делят на следующие  группы:

• конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;
• теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;
• акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;
• гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях и других конструкциях зданий;
• герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;
• отделочные для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты их от внешних воздействий;
• специального назначения для специальных сооружений (огнеупорные, кислотоупорные);
• общего назначения, служащие разным целям (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку строительные материалы классифицируют с учетом вида сырья, из которого они  сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

По способу изготовления различают материалы:

• природные (древесина, природный камень),
• получаемые обжигом (керамика, минеральные вяжущие вещества)
• плавлением (стекло, металлы)
• путем переработки органического сырья (синтетические полимеры, растворители, битум, деготь) и органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, органические кровельные и гидроизоляционные материалы).

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение, и было долговечным, необходимо правильно выбрать материалы, как конструкционные, так и отделочные. При технико-экономической оценке планировочных и конструктивных решений проектные варианты сравнивают.

При выборе строительного  материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции  учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т. п. Следовательно, для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.

Свойствами строительных материалов называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

1.2 ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ НАГРЕВАНИИ.

1.2.1 Железобетонные строительные конструкции

Железобетон – это технически возможное и  экономически целесообразное сочетание  двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально  расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев – сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже ( в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) – сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].

Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной  в растянутой зоне, обладает более  высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности  бетонной балки (рис. 1, б).

В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 – 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 – 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура – на растяжение.

1.2.1.1 Поведение изгибаемых железобетонных элементов в условиях пожара.

1.2.1.1.1 ПЛИТЫ.

 

Плиты в зданиях  и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные  предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, E, I, т.е. по потере несущей способности (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).

Многочисленные  огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимы по стандартному температурному режиму, подтверждают это [2].

Сплошные  железобетонные плиты, армированные горячекатаной  стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты с  мощными продольными ребрами, армированными  по всей длине горячекатаной стержневой арматурой и двойными вертикальными каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую способность по нормальному сечению в пролете в результате образования пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных участках, равных ¼ пролета плиты. При этом потеря несущей способности аналогичных плит, армированных высокопрочной проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше. Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием температурных напряжений, возникающих из – за неравномерного прогрева по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и температуры. Этим объясняется характер разрушения – хрупкое скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.

Предел огнестойкости  плит междуэтажных сборных плит сборных  перекрытий наступает, как правило, вследствие потери несущей способности. Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования пластического шарнира.

Большие прогибы  железобетонных перекрытий, разрушающихся в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, указывает на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением температуры.

Необходимо  учитывать, что предел огнестойкости  изгибаемых конструкций, разрушающихся  в результате образования пластического шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения огневого воздействия [2].

 

1.2.1.1.2 БАЛКИ

 

Исследования  натурных пожаров, а также изучение результатов экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок  в условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит. Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно. Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны [2].

В статически определимых балках прогрев продольных арматурных стержней до критической  температуры приводит к образованию  пластического шарнира в сечении, где действует M_n,max , что и является причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела огнестойкости.

Существенное  влияние на поведение балок в  условиях пожара оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что  при свободных шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении  концов балок они имеют минимальную огнестойкость.

Статически  неопределимые изгибаемые конструкции  при нагреве снижают свою несущую  способность за счет уменьшения прочности  опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как  и в случае статически определимых  элементов, уменьшается в результате нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений происходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до высоких температур.

В условиях пожара в статически неопределимых стержневых элементах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за счет возникновения отрицательного температурного момента вследствие перепада температур по высоте сечения и отсутствии свободы поворота сечений. Из – за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему препятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент уменьшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на опорах. [2].

1.2.1.1.3 КОЛОННЫ.

Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона. [2]

В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад  температур порядка 800 – 100⁰С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 20⁰С до нуля при критической температуры и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара.