Динамика и устойчивость сооружений

Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20 – 30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.

Дальнейшее  развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600 – 800⁰С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.

После 1 – 1.5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2 – 3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600⁰С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонна ведет себя аналогично бетонной. Колонны укорачиваться с возрастающей скоростью до момента их обрушения.

Характер  разрушения железобетонных колонн с  продольной гибкой и косвенной арматурой  отличается от характера разрушения элементов только с продольным армированием.

Колонна с  продольным армированием разрушаются  под действием огня с отпаданием защитного слоя, выпучиванием рабочей арматуры и раздроблением бетона в ядре сечения, как правило, в средней части по высоте [2].

1.2.2 СТАЛЬНЫЕ  СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Стальные  конструкции применяются главным  образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

- назначению;

- видам соединений;

- степени заводской готовности;

- условиям строительства и эксплуатации;

- ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

- несущие (основные и вспомогательные);

- ограждающие;

- совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам  соединения конструкции подразделяют на:

-сварные;

-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);

-клепаные;

-винтовые;

-комбинированные.

По степени  заводской готовности конструкции  подразделяют на:

-полностью изготовленные на заводе;

-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции  подразделяют в зависимости от:

-вида силового воздействия;

-степени агрессивности внешней среды;

-температурных условий;

-характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;

-воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.

По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:

-неагрессивных:

-слабоагрессивных;

-среднеагрессивных:

-сильноагрессивных.

По температурным  условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;

-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;

-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;

-с температурой воздействия 100 — 150 °С;

-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;

-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру  функционирования конструкции подразделяют на:

-стационарные;

-сборно-разборные;

-передвижные.

По ответственности  в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при  выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:

-может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;

-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;

-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.[6]

1.2.2 СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Стальные  конструкции применяются главным  образом для каркасов большепролётных  зданий и сооружений, для цехов  с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

- назначению;

- видам соединений;

- степени заводской готовности;

- условиям строительства и эксплуатации;

- ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

- несущие (основные и вспомогательные);

- ограждающие;

- совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам  соединения конструкции подразделяют на:

-сварные;

-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);

-клепаные;

-винтовые;

-комбинированные.

По степени  заводской готовности конструкции  подразделяют на:

-полностью изготовленные на заводе;

-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:

-вида силового воздействия;

-степени агрессивности внешней среды;

-температурных условий;

-характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;

-воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.

По степени  агрессивности внешней среды  конструкции подразделяют на эксплуатируемые  в средах:

-неагрессивных:

-слабоагрессивных;

-среднеагрессивных:

-сильноагрессивных.

По температурным  условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;

-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;

-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;

-с температурой воздействия 100 — 150 °С;

-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;

-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру  функционирования конструкции подразделяют на:

-стационарные;

-сборно-разборные;

-передвижные.

По ответственности  в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при  выходе конструкций из строя, различают  конструкции, отказ которых:

-может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;

-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;

-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.[6]

1.2.2.1 ПОВЕДЕНИЕ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ.

Металл отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации и деформации ползучести. Это приводит к быстрому обрушению металлических колонн, балок (в пределах всего 0,12-0,25 часа), потере ограждающей и теплоизолирующей способностей ограждений.

Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности.

Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций:

- облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных  экранов на относе (конструктивный способ);

- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных  покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.);

- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных  тонкослойных вспучивающихся красок;

- комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Огнезащитная эффективность  составов подразделяется на 5 групп:

- 1-я - не менее 150 мин;

- 2-я - не менее 120 мин;

- 3-я - не менее 60 мин;

- 4-я - не менее 45 мин;

- 5-я - не менее 30 мин.

При определении  группы огнезащитной эффективности  составов не рассматриваются результаты испытаний с показателями менее 30 мин.

Также эффективным  способом является спринклерное орошение элементов конструкции.

1.3 ДЕРЕВЯННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Деревянные конструкции являлись основными в течение многих веков и имеют широкие перспективы применения в современном облегчённом капитальном строительстве. Огромные лесные богатства нашей страны являются надёжной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Деревянные конструкции характеризуются малой массой, малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны. Ценные строительные свойства древесины определяют и области её эффективного использования.

Высокая прочность древесины  позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий, имеющих свободные пролёты до 100 м и более.

Деревянные конструкции  подвержены загниванию. Однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.

Древесина является стойким  материалом в ряде агрессивных по отношению к бетону и металлу сред. Кроме того, деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности.[7]

1.3.1 ПОВЕДЕНИЕ ДЕРЕВЯНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 230°С. Стойкое и длительное горение ее начинается при температуре 260°С и сопровождается повышением температуры. При отсутствии открытого пламени воспламенение может произойти при быстром (в течение 1-2 мин) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии тепла температура воспламенения древесины снижается до 170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительные прибора, дымоходы, трубы и т.д.,). Нормы ССНиП П-25-80, например, требуют обеспечения условий, при которых температура окружающего (деревянные конструкции) воздуха не превышала бы 50°С для конструкций из цельной и 35°С для конструкций из клееной древесины.