Устойчивость зданий и сооружений при пожаре

Определяем приведенную толщину  плиты:

 

h_red =

= ,

 

где А_П – площадь пустот в плите, м².

 

h_red =

= = = 0.15 м.

 

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

при h_red= 0.15 м  τ_f.r≥ I180

Окочательно принимаем наименьшее из двух полученных значений «R»:R90.

Вывод: Панель перекрытия ПК 4.5-58.12 соответствует  установленному пределу огнестойкости  REI60 для зданий и сооружений имеющих степень огнестойкости III.

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны КСР - 442 – 24

 

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

 

Дано:

Железобетонная колонна КСР - 442-24, сечением 0.4×0.4 м, расчетная длина колонны l_р = 4.2, нормативная нагрузка на колонну N_H = 240 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 = 2450 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 = 0,5 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 = 0,5 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».

Определяем толщину начавшего  прогреваться слоя бетона;м:

 

l =

,

 

       где α_red - приведенный коэффициент температуропроводности, τ – время:

l = = 0.089 м.

Определяем параметр, который определяется при определении температуры  прогрева арматуры:

 

= Y_i + ,

 

где Y_i – расстояние от i – ой обогреваемой поверхности до ближайшего к ней края арматуры, м;

d_s – диаметр арматуры, м;

α_red - приведенный коэффициент температуропроводности;

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

= =Y_i + =(50 –10)·10^-3 + = =0.074 м,

= =Y_i+ =

= (400–50–10)·10^-3+ =0.373 м.

Определяем значение параметра r:

 

r_i =

/ l ≤ 1,

 

r₁ = r₄ = 0.073 / 0.089 = 0.83,

r₂ = r₃ = 0.373 / 0.089 = 4.51 > 1, то принимаем r₂ = r₄= 1.

Определяем значение температуры  прогрева арматуры Т_s при τ = 1 ч:

 

Т_s(τ =1) = 1220 - 1200·[1 – (1 - r₁ )² – (1 – r₂)²]·[1 – (1 – r₃)² – (1 – r₄)²],

 

Т_s(τ=1) =1220–1200·[1–(1–0.83)² – (1–1)²]·[1–(1–0.1)² – (1–0.83)²] =            =377 ºC.

Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре γ_s,T арматуры колонны при τ = 0,5 ч.

Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А – III имеем:

при Т_s(τ = 1) = 377 ºC. γ_s,T = 1,0.

 

3 Определяем площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в первый расчетный момент времени воздействия пожара τ = 1 ч.

Определяем значение параметра r для середины обогреваемой поверхности:

 

r = (h / 2 +

) / l,

 

r = (0.2 + 0.024) / 0.089 = 2.31.

Так как r > 1, то принимаем r = 1 и, соответственно, параметр w = 1.

 

Определяем значение параметра r₃:

 

r₃ = 1 –

,

 

где  - критическая температура прогрева бетона колонны, ºС.

r₃ = 1 –

= 1 – = 0.373.

Определяем значение толщины критически прогретого слоя бетона у середины прогреваемой поверхности:

 

= r₃ ·l – ,

 

= 0.373·0.089 – 0.024 = 0.0091 м.

Определяем значение С:

 

С = h / 2 –

,

 

С = 0.2 – 0.0091 = 0.1908.

Определяем значение параметра r в углу колонны:

 

r_у = 1 –

,

 

r_у = 1 –

= 0.52.

Определяем значение в углу колонны:

 

= r ·l – ,

 

 = 0.52·0.089 – 0.024 = 0.022 м,

и соответственно определяем значение b:

 

b = h / 2 –

,

 

b = 0.2 – 0.022 = 0.177 м.

Определяем значение поправки ψ:

 

Ψ = b / C – 0.2,

 

где ψ – поправка на дополнительное увеличение толщины прогретого слоя материала в углах сечения.

Ψ = b / C – 0.2 = 0.177 / 0.1908 – 0.2 = 0.126,

Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент времени воздействия пожара τ = 0.5 ч будет равна:

 

А = ψ · (2 · C)²,

 

А = 0.126·(2·0.1908)²= 0.126 м²,

а сторона рабочего сечения бетона будет равна:

 

h_b(τ = 1) =

,

 

                                                              h_b(τ = 1) = 0.335 м.

  

                2.2.2 Решение прочностной задачи

 

1 Определяем значение коэффициента  продольного изгиба колонны   φ(τ = 0.5 ч), с учетом уменьшения рабочего сечения бетона колонны при воздействии пожара.

Согласно таблица 9.3.9(Б) [2] имеем:

 

,

 

где l – расчетная длина колонны, м.

 

= = 11.83;    φ = 0.96.

 

2 Определяем значение коэффициента  условий работы при пожаре γ_s,T арматуры колонны при τ = 1 ч.

Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А – III имеем:

при Т_s(τ = 1) = 550 ºC. γ_s,T = 1.0.

3 Определяем несущую способность Ф(τ = 1) колонны в момент времени воздействия пожара τ = 1:

 

Ф(τ = 1) = φ·(R_s,u · γ_s,T · A_s,tot + R_b,u · A),

 

где A_s,tot - суммарная площадь арматур, м²;

R_su – сопротивление арматуры, МПа;

R_bu – сопротивление бетона, МПа;

A – рабочая площадь бетона колонны, м²;

Ф(τ) – несущая способность конструкции на момент времени τ воздействия пожара, Н.

 

Ф(τ = 1) = φ·(R_s,u · γ_s,T · A_s,tot + R_b,u · A) = 0.96(433 · 1 · 3,14 · 0.010² + 22 · 0.126)·10⁶ = 2.39·10⁶ Н.

 

 

Расчеты для несущей способности Ф(τ = 1.5) колонны в момент времени воздействия пожара τ = 1.5 ч. получаются аналогичные, что и для температурного интервала τ = 0.5 ч., поэтому данные сведем в таблицу 1.

 

 

Т а б л и ц  а 1 – Расчетные данные для колонны КСР - 442-24

Время воздействия пожара
Значения	τ = 0,5 ч	τ = 1.5 ч
l, м	0.089	0.15
Тs ,ºC	377	663
r	2.51	1.49
w	1	1
r3	0.373	0.373
, м	0.031	0.031
С	0.1908	0.168
rу	0.52	0.52
, м	0.022	0.054
b, м	0.177	0.146
ψ	0.87	0.669
А, м2	0.126	0.075
φ	0.96	0.93
γs,T	1,0	0.60
Ф(τ), 106Н	2.3	1,6

                Рисунок 4 - Зависимость несущей способности исходной центрально сжатой железобетонной колонны от времени

 

Cогласно расчетам железобетонная колонна КСР - 442-24 не соответствует требованиям СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» [4] (степень огнестойкости здания ІII, R45), поскольку нормативное время воздействия пожара на колонну составляет 45 мин, а расчетное 32 мин. Следовательно, необходимо рассчитать предел огнестойкости колонны в соответствии с требованиями.

 

2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями СНиП 21-01-97*

 

В целях соответствия новой колонны  требованиям СНиП 21-01-97* и увеличения предела ее огнестойкости, повышаем класс бетона с заданного В15 до В50.

 

Дано:

Железобетонная колонна КСР - 442-24, сечением 0.4×0.4 м, расчетная длина колонны l_р = 4.2, нормативная нагрузка на колонну N_H = 240 т.

Бетон: класса В50, R_bu = 32 МПа.

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

 

α_red = 0.00133 м²/ч, φ₁ = 0.65; φ₂ = 0.5 при ρ = 2450 кг/м³, = 500 ºC.

 

 

Решение:

Cхема температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия τ = 0.5 и τ = 1.5.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну       (рисунок 5).

 

 

                                    

Рисунок 5 - Расчетная схема 3: 1, 2, 3, 4 – номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны

 

 

Аналогично п. 2.3 проводим расчеты предела огнестойкости колонны для крайних и средних арматурных стержней, полученные результаты сведем в таблицу 2.

 

Т а б л и ц  а 2 – Расчетные данные для новой колонны КСР - 442-24

Время воздействия пожара
1	2	3
Значения	τ = 1 ч	τ = 2.5 ч
l, м	0.089	0.15
= , м	0.074	0.074
= , м	0.37	0.37
Тs ,ºC	550	783
r	2.51	1.49
w	1	1
r3	0.372	0.372
, м	0.091	0.031
С	0.1908	0.168
rу	0.519	0.519
Продолжение таблицы 2
1	2	3
, м	0.022	0.054
b, м	0.177	0.146
ψ	0.87	0.6
А, м2	0.126	0.075
φ	0.96	0.93
γs,T	1.0	0.60
Ф(τ),·106 Н	4.0	2.6

 

 

Рисунок 6 - Зависимость несущей способности новой центрально сжатой железобетонной колонны от времени

 

 

 

 

Железобетонная колонна  КСР-442-24 изготовленная из бетона марки Б50 будет соответствовать пределу огнестойкости R45 для зданий и сооружений имеюших степень огнестойкости III

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте была проведена работа по расчету пределов огнестойкости железобетонных конструкций: панели перекрытия  ПК 4.5 – 58.12 по потере несущей способности (R), и колонны среднего ряда  КСР – 442 – 24 по потере несущей способности (R).

Для каждого из элементов  были рассчитаны две задачи теплотехническая и прочностная. В ходе решения  этих задач было установлено: панель перекрытия имеет предел огнестойкости R80, что соответствует требованиям СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и подлежит эксплуатации.

Предел огнестойкости  колонны среднего ряда при заданных параметрах получился равным R32 при установленном R45 для данного типа колонн, что говорит о ее непригодности к эксплуатации и несоответствии с требованиями СНиП 21-01-97*. Были приняты меры по выполнению нормы предела огнестойкости 45 мин, для чего потребовалось изменить класс бетона при изготовлении колонны до В50 при ранее заданном В15. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

    Список литературы:

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1984.- 452 с.;
2. Демехин В.Н., Мосалков И.Л., Плюснина Г.Ф. и др. Сооружения, здания и их устойчивость при пожаре. Учебное издание – М.: 2003. – 656 с.;
3. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. – М.: Пожарная безопасность и наука, 2001. – 382 с.;
4. СНиП 2.03.01-84^* Бетонные и железобетонные конструкции;
5. СНиП 21.01-97^* Пожарная безопасность зданий и сооружений;

6. Конструкции гражданских зданий, под ред. М. С. Туполева, М., 1968;
7. Конструкции промышленных зданий, под ред. А. Н. Попова, М., 1972 

 

					1602.232051.000 ПЗ	Лист
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата