Динамика и устойчивость сооружений

Гладкая, без трещин поверхность массивного деревянного элемента не способствует распространению огня по площади элемента, а низкий коэффициент теплопроводности древесины препятствует проникновению высоких температур внутрь его сечения. Образующаяся на поверхности горящего элемента "угольная шуба", имеющая коэффициент теплопроводности в 4 раза меньше, чем сама древесина дополнительно ухудшает условия горения деревянных элементов массивного сечения (например, клееных при площади сечения более 350 см2).

Перечисленные обстоятельства объясняют относительно высокий предел огнестойкости деревянных элементов крупного сечения, а известная на сегодня скорость обугливания деревянного элемента в глубину сечения и равная 0,6 - 0,8 мм/мин позволяет проектировать конструкции с заранее заданным пределом огнестойкости.

Опыты, проведенные  за рубежом, а позже на кафедре  пожарной профилактики Высшей школы  МВД СССР, показали, что балка  сплошного прямоугольного сечения  при непосредственном воздействии  огня и температуры около 900-950°С в 1 часа обугливается на глубину 35…40 мм.

Температура внутри балки сечением 28х116 см через 45 минут испытаний в огневой  камере по стандартному режиму, измеренная посредством термопар, оказалась  равной 40°С . При этом температура  в камере составляла 900°С , под слоем угля 273°С , а на глубине 60 мм – 78°С .

Институтом  по исследованию строительных материалов в Штутгартском университете в результате испытания клееных деревянных балок  сечением 16х40 см в условиях пожара получены следующие данные:

- балки после испытания в режиме, соответствующем режиму для вынесения оценки "полуогнестойкий" (повышение температуры до 880°С происходило в течение 30 мин.) обладали 2,4 - кратным запасом прочности при 3х-кратном исходном;

- опытная  балка, подвергнутая воздействию  огня при температуре 1000°С в течение 30 мин. оказалась способной воспринимать после испытаний около 60% своей расчетной нагрузки.

Учитывая  опыт применения деревянных конструкций  в нашей стране и за рубежом, отечественные  противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений (СНиП II-2-80) разрешают применение деревянных конструкций в несущих и ограждающих элементах зданий с третьей степенью огнестойкости. При этом, пределы огнестойкости принимаются для балок, ферм, арок и рам 0,75 часа, а для колонн - 2часа.

Таким образом, несмотря на то, что древесина является возгораемым материалом, массивные  конструкции из нее (площадью сечения  не менее 350-400 см2) даже без специальной  обработки обладают достаточно высокой  огнестойкостью, превышающей, например, огнестойкость незащищенных металлических конструкций.

1.4 ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ  МАТЕРИАЛОВ.

Пожарно-техническая  классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов  и частей зданий основывается на их разделении по свойствам, способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию, — пожарной опасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости.

Строительные материалы

Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью.

Пожарная опасность  строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.

Горючесть строительных материалов.

Строительные материалы  подразделяются на негорючие (НГ) и  горючие (Г). Горючие строительные материалы  подразделяются на четыре группы:

• Г1 (слабогорючие);
• Г2 (умеренногорючие);
• Г3 (нормальногорючие);
• Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают  по ГОСТ 30244.

Воспламеняемость строительных материалов.

Горючие строительные материалы  по воспламеняемости подразделяются на три группы:

• В1 (трудновоспламеняемые);
• В2 (умеренновоспламеняемые);
• В3 (легковоспламеняемые).

Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают  по ГОСТ 30402.

Распространение пламени  по поверхности строительных материалов.

Горючие строительные материалы  по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:

• РП1 (нераспространяющие);
• РП2 (слабораспространяющие);
• РП3 (умереннораспространяющие);
• РП4 (сильнораспространяющие).

Группы строительных материалов по распространению пламени  устанавливают для поверхностных  слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444 (ГОСТ Р 51032-97).

Дымообразующая способность  строительных материалов.

Горючие строительные материалы  по дымообразующей способности подразделяются на три группы:

• Д1 (с малой дымообразующей способностью);
• Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
• ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).

Группы строительных материалов по дымообразующей способности  устанавливают по ГОСТ 12.1.044.

Токсичность строительных материалов.

Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:

• Т1 (малоопасные);
• Т2 (умеренноопасные);
• ТЗ (высокоопасные);
• Т4 (чрезвычайно опасные).

Группы строительных материалов по токсичности продуктов  горения устанавливают по ГОСТ 12.1.044.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Строительные конструкции  характеризуются огнестойкостью и  пожарной опасностью.

Показателем огнестойкости  является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует  класс ее пожарной опасности.

Предел огнестойкости  строительных конструкций.

Предел огнестойкости  строительных конструкций устанавливается  по времени (в минутах) наступления  одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:

• потери несущей способности (R);
• потери целостности (Е);
• потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости  строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости  окон устанавливается только по времени  наступления потери целостности (Е).

Класс пожарной опасности  строительных конструкций.

По пожарной опасности  строительные конструкции подразделяются на четыре класса:

• КО (непожароопасные);
• К1 (малопожароопасные);
• К2 (умереннопожароопасные);
• КЗ (пожароопасные).

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ 30403.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 2 Расчетная часть

2.1 Расчет предела огнестойкости  железобетонной панели перекрытия ПК 6 – 58.12

 

Расчет предела огнестойкости  железобетонной плиты перекрытия:

а) по признаку «R» - потере несущей способности;

 

Дано:

Железобетонная плита перекрытия ПК 6-58.12, многопустотная свободно опирающаяся по двум сторонам. Размеры сечения: b = 1.19 м, длина рабочего пролета l = 5.7 м; высота сечения h = 0.22 м; толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры δ = 0.02 м, диаметр пустот               d_П = 0.18 м.

Бетон: тяжелый, R_bu = 22 МПа.

Арматура: растянутая класса А-IV, R_su = 883 МПа.

 

2.1.1 Решение теплотехнической задачи

 

1 Определяем значение максимального изгибающего момента в плите:

 

М =

,

 

где b - ширина сечения ПК, м;

l – длина ПК, м;

qp – нагрузка на ПК, Н/м.

М =

= = 24.16 · 10³ Нм.

2 Определяем рабочую высоту  сечения плиты:

 

h₀ = h – r_s – δ,

 

где h - высота сечения ПК, м;

r_s – радиус растянутой арматуры плиты, м;

δ - толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры, м.

h₀ = h – r_s – δ = 0.22 – 0.0057 – 0.02 = 0.194 м.

3 Определяем коэффициент условий  работы при пожаре γ_s,T растянутой арматуры:

 

γ_s,T =

/ (1 – ),

 

где A_s - суммарная площадь арматур, м²;

R_su – сопротивление арматуры, МПа;

R_bu – сопротивление бетона, МПа.

 

γ_s,T =

/ (1 – ) = = /(1 – )= 0.46

 

4 Определяем значение критической  температуры прогрева T^cr растянутой арматуры плиты:

Согласно таблица 9.3.7, разд.9.3 [2] для стали класса     А-IV при γ_s,T = 0.3, методом интерполяции получаем:

 

T^cr = 550 +

= 563 ºС.

5 Определяем значение среднего  диаметра растянутой арматуры  плиты:

 

d_s =

,

 

где A_s,j - площадь j – ой арматуры, м².

 

d_s =

= [ ]·= 0.0116 м.

 

2.1.2 Решение прочностной задачи

 

1  Определяем значение предела  огнестойкости сплошной   железобетонной  плиты по признаку «R» - потере несущей способности:

 

τ_f.r =

( )²,

 

где α_red - приведенный коэффициент температуропроводности;

φ₁, φ₂ – коэффициенты, учитывающие длительность загружения, гибкость и характер армирования.

τ_f.r =

( )² = = ( )² = 1.93 = R115.

Согласно таблица 9.3.2 и таблица 9.3.3 [2], при ρ = 2350 кг/м³ имеем:

α_red = 0.00133 м²/ч;

φ₁ = 0.62; φ₂ = 0.5.

2 Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной многопустотной плиты по признаку «R» - потере несущей способности:

 

τ^пуст = τ_f.r·0.9,

 

τ^пуст = τ_f.r·0.9 = 1.68·0.9 = R100.

 

3 Определяем искомое значение  предела огнестойкости заданной  пустотной плиты по признаку  «I» - потере теплоизолирующей способности:

Определяем приведенную толщину  плиты:

 

h_red =

= ,

 

где А_П – площадь пустот в плите, м².

 

h_red =

= = = 0.091 м.

 

Определяем искомое значение предела  огнестойкости теплоотвода с  необогреваемой поверхности плиты, согласно таблица 9.3.10 [2] получаем:

при h_red= 0.091 м  τ_f.r≥ I90

Окочательно принимаем наименьшее из двух полученных значений «R»: REI100.

Вывод: Панель перекрытия ПК 4.5-58.12 соответствует установленному пределу огнестойкости REI45 для зданий и сооружений имеющих степень огнестойкости II.

 

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны КСР - 442 – 29

 

Расчет предела огнестойкости  железобетонной колонны по признаку «R» - потере несущей способности.

 

Дано:

Железобетонная колонна КСР - 442-29, сечением 0.4×0.4 м, расчетная длина колонны l_р = 4.2, нормативная нагрузка на колонну N_H = 290 т.

Бетон: класса В15, R_bu = 22 МПа.

Арматура: класса А-III, R_su = 433 МПа.

α_red = 0.00133 м²/ч, φ₁ = 0.65; φ₂ = 0.5 при ρ = 2350 кг/м³, = 500 ºC.

 

2.2.1 Решение теплотехнической задачи

 

1 Выбираем схему температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия.

Принимаем четырехстороннее воздействие  пожара на колонну               (рисунок 2) и рассмотрим его воздействие  в момент времени τ₁ = 1 ч.

 

                                  

 

Рисунок 2 - Расчетная схема 1: 1; 2; 3; 4 – номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны

 

2 Определяем температуру прогрева  арматуры Т_s колонны в первый расчетный момент времени воздействия пожара τ = 1 ч.

В силу симметричности сечения колонны и воздействия пожара на нее (рисунок 2), рассмотрим один из четырех крайних арматурных стержней, расположенный между обогреваемыми поверхностями «1» и «4».