Определение пределов огнестойкости конструкций

где 

.

.

Критерий Фурье для τ= 30 мин = 1800 сек определяется по формуле:

,

где - для бетона на гранитном заполнителе

 

по графику на рисунке 2 [1]  .

Значит, м

Соответственно, м

 

Определим прогрев 1го ряда арматуры по оси x:

 

,

где [2];

где -расстояние от края балки до грани арматуры по оси х, вычисляется по формуле:

где n-количество арматурных стержней в ряду

,

По таблице из [6] вычислим:

 

 

Таким образом, найдем

 

Аналогично вычислим прогрев 2го ряда арматуры по оси x .

,

 

         

Значит,

Определим прогрев 1го ряда арматуры по оси y:

 

где расстояние от края балки до грани арматуры по оси y:

 

 

Найдем

Аналогично найдем прогрев 2го ряда арматуры по оси y .

где

 

Значит

Найдем общую температуру арматуры 1го ряда:

 

 

Аналогично найдем значение общей температуры арматуры 2го ряда:

По приложению А6 [6] находим значение коэффициента снижения прочности арматуры методом линейной интерполяции:

 

 

Вычислим расчетные сопротивления арматуры растяжению

 

 

 

 

Вычислим высоту сжатой зоны по формуле:

 

 

Вычислим момент, который может выдержать балка прямоугольного сечения при τ = 30 мин = 1800 сек:

 

 

Значит, сделаем расчет для τ=45 мин = 2700 сек

2. Найдем нагрузку при τn=45 мин = 2700 сек

Критерий Фурье определяется по формуле:

При по графику на рисунке 2[6] методом линейной интерполяции:

 

Значит,

м

  м

Найдем .

По таблице из [6] вычислим:

где =0,8427

  =1

Найдем

Аналогично вычислим .

где

 

 

 

Найдем

 

где

 

Значение

Аналогично вычислим значение .

где

 

Найдем .

Значения  составят:

 

 

По приложению А6 [6] находим значение коэффициента снижения прочности арматуры методом линейной интерполяции:

 

 

Найдем расчетные сопротивления арматуры сжатию:

 

 

 

 

Найдем высоту сжатой зоны:

 

Вычислим момент, который может выдержать балка прямоугольного сечения при τ = 45 мин = 2700 сек:

 

 

Значит, сделаем расчет для τ=60 мин = 3600 сек

3. Найдем нагрузку при τn=60 мин = 3600 сек.

Критерий Фурье определяется по формуле:

При по графику на рисунке 2[6] методом линейной интерполяции:

 

 

Значит,

м

  м

Найдем .

По таблице из [6] вычислим:

где =0,7761

  =1

Найдем

Аналогично вычислим .

где

 

 

 

Найдем

 

где

 

Значение

Аналогично вычислим значение .

где

 

Найдем .

Значения  составят:

 

 

По приложению А6 [6] находим значение коэффициента снижения прочности арматуры методом линейной интерполяции:

 

 

Найдем расчетные сопротивления арматуры сжатию:

 

 

 

 

Найдем высоту сжатой зоны:

 

Вычислим момент, который может выдержать балка прямоугольного сечения при τ = 60 мин = 3600 сек:

 

-ригель  разрушился.

 

По результатам расчета несущей способности ригеля перекрытия в условиях пожара строится график снижения несущей способности колонны и определяется ее фактический предел огнестойкости.

 

Рисунок 2 - Определение предела огнестойкости ригеля перекрытия

 

Таким образом, по графику на рисунке 2 фактический предел огнестойкости составляет Пф = 47 мин. Значит предел огнестойкости ригеля по несущей способности R45.

Определение предела огнестойкости ригеля перекрытия по пособию [1] выполняют по таблице 6 по ширине ригеля (bн) и по среднему расстоянию до оси арматуры (δ1, δ2).

По условию bн=360 мм, δ1=17 мм, δ2=35 мм.

Учитывая пункт 2.16[3] определим среднее расстояние до оси арматуры по формуле:

 

Подберем несколько значений a и b из таблицы 6[1] и определим предел огнестойкости методом линейной интерполяции.

Пусть a=15 мм, b=120 мм тогда ;

 

Пусть a=25 мм, b=80 мм тогда ;

  a=25 мм, b=300 мм тогда

 

Значит, предел огнестойкости по потере несущей способности железобетонных ригелей перекрытия равен:

 

Приводим к нормативному значению П=0,53 ч=31,8 мин → R30.

Таким образом, предел огнестойкости по несущей способности расчетным методом равен R45, и по пособию – R30.

 

4. Определение предела огнестойкости железобетонных ребристых плит покрытия

Исходные данные по железобетонным ребристым плитам покрытия представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Исходные данные по железобетонным ребристым плитам покрытия

Пос-ледние две цифры номера зачетной книжки	Шири-на плиты b, м	Ширина ребра плиты bр, мм	Толщина защитного слоя арматуры, мм					Количество, диаметр стержней, класс рабочей арматуры (в ребре)
			До боковой грани dW	До нижней грани
				dз1		dз2	dз3
44	1,5	120	17	17	34		--	2Æ16 А-5 B

 

Предел огнестойкости железобетонных ребристых плит покрытия из тяжелого бетона по пособию [1] определяют по таблице 6  по ширине балки и расстоянию до оси арматуры (толщине защитного слоя арматуры).

По условию ширина ребра плиты bр = 120 мм, толщина защитного слоя арматуры dW=17 мм, dз1 =17 мм и dз2=34 мм. Учитывая пункт 2.16[1] определим среднее расстояние до оси арматуры по формуле: и ширина балки равна .

Подберем несколько значений a и из таблицы 6[1] и определим предел огнестойкости методом линейной интерполяции.

Пусть a=15 мм, b=120 мм тогда ;

 

 

Пусть a=25 мм, b=80 мм тогда ;

  a=25 мм, b=300 мм тогда

 

Значит, предел огнестойкости по потере несущей способности железобетонных ригелей перекрытия равен:

 

Приводим к нормативному значению П=0,53 ч=31,8 мин → R30.

Таким образом, предел огнестойкости ребристых плит покрытия составляет R30.

 

5. Определение предела огнестойкости кирпичных наружных стен

Исходные данные по кирпичным (каменным) наружным стенам представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Исходные данные по кирпичным (каменным) наружным стенам

Последние две цифры номера зачетной книжки	Толщина стены, см	Конструктивное исполнение стены из материалов
44	12	Естественных камней с заполнением несгораемым теплоизоляционным материалом.

 

Предел огнестойкости кирпичных (каменных) наружных стен определяют по пособию [1] по таблице 10 по толщине стены.

По условию толщина стены равна 12 см, значит П = 1,5 ч.

Таким образом, предел огнестойкости кирпичной (каменной) наружной стены составляет R90.

 

2. Экспертиза здания

Исходные данные по зданиям:

Здание производственного назначения. Ширина здания – а, длина здания – b. Число этажей – N, высота каждого этажа – h. Категория здания – К.

Здание с каркасной конструктивной схемой, состоящей из колонн, балок (ригелей) и плит перекрытия. Наружные стены выполняются из панелей стеновых  с базальтовым утеплителем THERMOPANEL по ТУ 5284-013-01395087-2001 толщиной - tp, кровля выполняется из панелей кровельных с базальтовым утеплителем по ТУ 5284-013-01395087-2001 с пределом огнестойкости RE30.

Требуемые величины представлены в таблице 6.

Таблица 6- Исходные данные для проведения экспертизы здания

Последняя цифра	a	b	N	h	K	tp
4	125	48	3	7	B	150

 

По таблице 6.1[3] определим требуемую степень Отр и класс конструктивной пожарной опасности здания Стр по высоте здания.

Согласно таблице 6.1[3], высота здания измеряется от пола 1-го этажа до потолка верхнего этажа. По условию здание имеет 3 этажа каждый высотой 7 м.

Значит, hзд = N∙h = 3∙7 = 21 м

Таким образом, Отр = III и  Стр = C0.

По таблице 21[7] определим требуемый предел огнестойкости конструкций по Отр и по таблице 22[7] определим требуемые классы пожарной опасности строительных конструкций по Стр .

Для панелей стеновых  с базальтовым утеплителем предел огнестойкости определим по tp[8] (таблица 6 ).

Все полученные данные отражены в таблице 7.

 

Таблица 7- Требуемые пределы огнестойкости конструкций и требуемые классы пожарной опасности строительных конструкций

№ п.п.	Наименование конструкции	Отр	Птр	Пф	Вывод	Стр	Ктр	Кф	Вывод
1	Колонны	III	R45	R60	+	C0	К0	К0	+
2	Ригели		R45	R30	-		К0	К0	+
3	Плиты перекрытий		REI45	REI45	+		К0	К0	+
4	Стены наружные		R45/E15	REI240	+		К0	К0	+
5	Плиты покрытий		RE15	RE60	+		К0	К0	+
6	Кровельные панели		RE15	RE30	+		К0	К0	+
7	Стеновые панели		E15	EI150	+		К0	К0	+

 

Таким образом, по таблице 7 видно, что в данном здании только железобетонные ригели перекрытий не соответствуют требованиям[7].

 

Разработка мероприятий по повышению пределов огнестойкости строительных материалов

Предельными состояниями по огнестойкости для ЖБК являются:

1) потеря  прочности (R)

2) потеря  теплоизолирующей способности (I)

3) потеря  целостности (E)

В отличие от металлических конструкций, для которых основополагающей величиной при оценке предела огнестойкости по потере прочности (R) является приведенная толщина (tred) поперечного сечения, для оценки огнестойкости железобетонной конструкции по признаку потери прочности (R) необходимо знать:

1) вид  бетона 

2) минимальное  расстояние от обогреваемой поверхности до оси рабочей арматуры

3) размеры  сечения конструкции 

4) схему  опирания. 

Для оценки огнестойкости железобетонной конструкции по признаку потери теплоизолирующей способности (I) необходимо знать:

1) вид  бетона 

2) толщину  конструкции (для конструкции с  внутренними пустотами – эффективную  толщину конструкции).

При необходимости увеличения огнестойкости железобетонных конструкций можно рекомендовать следующие мероприятия:

• увеличение толщины защитного слоя бетона;
• облицовка;
• снижение пожарной нагрузки в помещении;
• снижение механической нагрузки на конструкцию;
• применение рабочей арматуры с более высокой критической температурой прогрева при пожаре;
• увеличивают толщину конструкций;
• выбирают бетон с меньшим коэффициентом теплопроводности;
• подбирают арматуру для армирования бетона с более высокой критической температурой.

В настоящее время перспективным способом повышения огнестойкости конструкций является огнезащитная штукатурка из облегченных покрытий плотностью 200-300 кг/м3. Огнезащитной действие облегченных покрытий основывается на их высокой теплоизоляционной способности.

Облегченные огнезащитные покрытия изготовляют на основе минеральных и органических вяжущих с использованием порошкообразных пористых и волокнистых наполнителей и поверхностно-активных добавок, выполняющих различные функции. В качестве минеральных вяжущих используют цемент, гипс и растворимое стекло. В качестве наполнителей применяют перлит, вермикулит, асбест и минеральную вату. Также широкое применение получили фосфатные соединения, они могут быть использованы как связующие, отвердители и антипирены. Эти составы обладают высоко сопротивляемостью  тепловым воздействиям, имеют низкую плотность и не требуют проведения специальных конструктивных мероприятий (армирования, использования крепежных материалов и другие).