Rezistență la foc de 90 minute plăci de pardoseală din beton armat. Rezistenta la foc a structurilor din beton armat. Determinarea limitelor de rezistență la foc ale structurilor clădirii
Pentru a rezolva partea statică a problemei, reducem forma secțiunii transversale a unei plăci de pardoseală din beton armat cu goluri rotunde (Anexa 2, Fig. 6.) la tee-ul calculat.
Să determinăm momentul încovoietor în mijlocul travei din acțiunea sarcinii standard și a greutății proprii a plăcii:
Unde q / n- sarcina standard pe 1 metru liniar al plăcii, egală cu:
Distanța de la suprafața inferioară (încălzită) a panoului până la axa armăturii de lucru va fi:
mm,
Unde d– diametrul barelor de armare, mm.
Distanța medie va fi:
mm,
Unde A- aria secțiunii transversale a barei de armare (clauza 3.1.1.), mm 2.
Să determinăm dimensiunile principale ale secțiunii transversale a teului calculate a panoului:
Lăţime: b f = b= 1,49 m;
Înălţime: h f = 0,5 (h-P) = 0,5 (220 - 159) = 30,5 mm;
Distanța de la suprafața neîncălzită a structurii până la axa barei de armare h o = h – A= 220 - 21 = 199 mm.
Determinăm rezistența și caracteristicile termice ale betonului:
Rezistența normativă la rezistența la tracțiune R bn= 18,5 MPa (Tabelul 12 sau clauza 3.2.1 pentru betonul din clasa B25);
Factorul de fiabilitate b = 0,83 ;
Rezistenta de proiectare a betonului in functie de rezistenta la tractiune R bu = R bn / b= 18,5 / 0,83 = 22,29 MPa;
Coeficient de conductivitate termică t = 1,3 – 0,00035T mier\u003d 1,3 - 0,00035 723 \u003d 1,05 W m -1 K -1 (clauza 3.2.3. ),
Unde T mier- temperatura medie în timpul unui incendiu, egală cu 723 K;
Căldura specifică CU t = 481 + 0,84T mier\u003d 481 + 0,84 723 \u003d 1088,32 J kg -1 K -1 (clauza 3.2.3.);
Coeficient redus de difuzivitate termică:
Coeficienți în funcție de densitatea medie a betonului LA= 39 cu 0,5 și LA 1 = 0,5 (clauza 3.2.8, clauza 3.2.9.).
Determinați înălțimea zonei comprimate a plăcii:
Determinăm efortul în armătura de întindere din sarcina exterioară în conformitate cu adj. 4:
deoarece X t= 8,27 mm h f= 30,5 mm, atunci
Unde La fel de- aria totală a secțiunii transversale a barelor de armare în zona întinsă a secțiunii transversale a structurii, egală cu 5 bare 12 mm 563 mm 2 (clauza 3.1.1.).
Să determinăm valoarea critică a coeficientului de modificare a rezistenței oțelului de armare:
,
Unde R su- rezistența de proiectare a armăturii din punct de vedere al rezistenței la tracțiune, egală cu:
R su = R sn / s= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (aici s- coeficient de fiabilitate pentru armare, luat egal cu 0,9);
R sn- rezistența standard a armăturii din punct de vedere al rezistenței la tracțiune, egală cu 390 MPa (Tabelul 19 sau clauza 3.1.2).
Am inteles stcr1. Aceasta înseamnă că tensiunile din sarcina exterioară din armătura de tracțiune depășesc rezistența normativă a armăturii. Prin urmare, este necesar să se reducă solicitarea de la sarcina externă din armătură. Pentru a face acest lucru, creșteți numărul de bare de armare ale panoului12mm la 6. Apoi A s= 679 10 -6 (clauza 3.1.1.).
MPa
.
Să determinăm temperatura critică de încălzire a armăturii de susținere în zona de tensiune.
Conform tabelului din clauza 3.1.5. folosind interpolarea liniară, determinăm că pentru armăturile de clasa A-III, oțel de grad 35 GS și stcr = 0,93.
t stcr= 475C.
Timpul de încălzire al armăturii la temperatura critică pentru o placă cu o secțiune transversală solidă va fi limita reală de rezistență la foc.
c = 0,96 h,
Unde X– argument al funcției de eroare Gaussian (Krump), egal cu 0,64 (p.3.2.7. ) în funcție de valoarea funcției de eroare Gaussian (Krump), egal cu:
(Aici t n- temperatura structurii înainte de incendiu, luăm egală cu 20С).
Limita reală de rezistență la foc a unei plăci de podea cu goluri rotunde va fi:
P f = 0,9 = 0,960,9 = 0,86 h,
unde 0,9 este un coeficient care ține cont de prezența golurilor în placă.
Deoarece betonul este un material incombustibil, este evident că clasa reală de pericol de incendiu a structurii este K0.
Tabelul 2.18
Densitatea betonului ușor? = 1600 kg/m3 cu agregat grosier de argilă expandată, plăci cu goluri rotunde, 6 buc., suport plăci - liber, pe ambele părți.
1. Să determinăm grosimea efectivă a plăcii tubulare teff pentru a evalua limita de rezistență la foc în ceea ce privește capacitatea de termoizolare în conformitate cu clauza 2.27 din Manual:
unde este grosimea plăcii, mm;
- - latime placa, mm;
- - numărul de goluri, buc.;
- - diametru gol, mm.
- 2. Determinăm conform tabelului. 8 Indemnizații pentru rezistența la foc a plăcii la pierderea capacității de izolare termică pentru o placă din piesă grea de beton cu grosimea efectivă de 140 mm:
Limita de rezistență la foc a plăcii pentru pierderea capacității de izolare termică
3. Determinați distanța de la suprafața încălzită a plăcii la axa armăturii tijei:
unde este grosimea stratului protector de beton, mm;
- - diametrul armăturii de lucru, mm.
- 4. Conform tabelului. 8 Aporturile determină limita de rezistență la foc a plăcii prin pierderea capacității portante la a = 24 mm, pentru beton greu și când este susținută pe două laturi.
Limita dorită de rezistență la foc este în intervalul între 1 oră și 1,5 ore, o determinăm prin metoda interpolării liniare:
Limita de rezistență la foc a plăcii fără factori de corecție este de 1,25 ore.
- 5. Conform paragrafului 2.27 al Manualului pentru determinarea limitei de rezistență la foc plăci tubulare se aplică un factor de reducere de 0,9:
- 6. Determinăm sarcina totală pe placă ca sumă a sarcinilor permanente și temporare:
- 7. Determinați raportul dintre partea cu acțiune lungă a sarcinii și sarcina completă:
8. Factor de corectieîn funcție de sarcină conform paragrafului 2.20 din Manual:
- 9. Conform clauzei 2.18 (partea 1 a) a Beneficiului, acceptăm coeficientul? pentru fitingurile A-VI:
- 10. Determinăm limita de rezistență la foc a plăcii, ținând cont de coeficienții pentru sarcină și pentru armătură:
Limita de rezistență la foc a plăcii în ceea ce privește capacitatea portantă este R 98.
Pentru limita de rezistență la foc a plăcii, luăm cea mai mică dintre cele două valori - pentru pierderea capacității de izolare termică (180 min) și pentru pierderea capacității portante (98 min).
Concluzie: limită de rezistență la foc placa de beton armat este REI 98
Structurile din beton armat, datorită incombustibilității și conductivității termice relativ scăzute, rezistă destul de bine efectelor factorilor de incendiu agresivi. Cu toate acestea, ei nu pot rezista la infinit focului. Structurile moderne din beton armat, de regulă, sunt realizate cu pereți subțiri, fără o legătură monolitică cu alte elemente ale clădirii, ceea ce limitează capacitatea acestora de a-și îndeplini funcțiile de lucru într-un incendiu la 1 oră și uneori mai puțin. Structurile umede din beton armat au o limită de rezistență la foc și mai mică. Dacă o creștere a conținutului de umiditate al unei structuri la 3,5% crește limita de rezistență la foc, atunci o creștere suplimentară a conținutului de umiditate al betonului cu o densitate mai mare de 1200 kg / m 3 în timpul unui incendiu de scurtă durată poate provoca o explozie. de beton și o distrugere rapidă a structurii.
Limita de rezistență la foc a unei structuri din beton armat depinde de dimensiunea secțiunii acesteia, de grosimea stratului de protecție, de tipul, cantitatea și diametrul armăturii, de clasa betonului și de tipul de agregat, de sarcina asupra structurii și schema sa de sprijin.
Limita de rezistență la foc a structurilor de închidere pentru încălzire - suprafața opusă focului cu 140 ° C (tavane, pereți, pereți despărțitori) depinde de grosimea acestora, tipul de beton și conținutul său de umiditate. Odată cu creșterea grosimii și scăderea densității betonului, rezistența la foc crește.
Limita de rezistență la foc pe baza pierderii capacității portante depinde de tipul și schema statică de susținere a structurii. Elementele de îndoire cu o singură travă susținute liber (plăci de grinzi, panouri și pardoseli, grinzi, grinzi) sunt distruse de incendiu ca urmare a încălzirii armăturii longitudinale inferioare de lucru la temperatura critică limită. Limita de rezistență la foc a acestor structuri depinde de grosimea stratului protector al armăturii inferioare de lucru, de clasa de armătură, de sarcina de lucru și de conductibilitatea termică a betonului. Pentru grinzi și pane, limita de rezistență la foc depinde și de lățimea secțiunii.
Cu aceiași parametri de proiectare, limita de rezistență la foc a grinzilor este mai mică decât cea a plăcilor, deoarece în caz de incendiu grinzile sunt încălzite din trei părți (din partea inferioară și pe două fețe laterale), iar plăcile sunt încălzite numai din partea inferioară. suprafaţă.
Cel mai bun oțel de armare în ceea ce privește rezistența la foc este clasa A-III grad 25G2S. Temperatura critică a acestui oțel în momentul declanșării limitei de rezistență la foc a unei structuri încărcate cu o sarcină standard este de 570°C.
Pardoselile precomprimate cu goluri mari din beton greu cu strat de protecție de 20 mm și armătură cu bară din oțel clasa A-IV, produse de fabrici, au o limită de rezistență la foc de 1 oră, ceea ce face posibilă utilizarea acestor pardoseli în locuințe. cladiri.
Plăcile și panourile de secțiune plină din beton armat obișnuit cu un strat protector de 10 mm au limite de rezistență la foc: armătură din oțel clasele A-Işi A-II - 0,75 h; A-III (clasele 25G2S) - 1 oră
În unele cazuri, structurile de curbare cu pereți subțiri (panouri și pardoseli goale și nervurate, traverse și grinzi cu o lățime de secțiune de 160 mm sau mai puțin, fără cadre verticale la suporturi) sub acțiunea unui incendiu pot fi distruse prematur de-a lungul oblicului. sectiune la suporturi. Acest tip de distrugere este prevenit prin instalarea de cadre verticale de cel puțin 1/4 din deschidere pe secțiunile de susținere ale acestor structuri.
Plăcile susținute de-a lungul conturului au o limită de rezistență la foc semnificativ mai mare decât elementele simple de îndoire. Aceste plăci sunt armate cu armătură de lucru în două direcții, astfel încât rezistența lor la foc depinde în plus de raportul de armătură în intervale scurte și lungi. La plăci pătrate având acest raport, egal cu unu, temperatura critică a armăturii la debutul limitei de rezistență la foc este de 800°C.
Odată cu creșterea raportului dintre laturile plăcii, temperatura critică scade, prin urmare, scade și limita rezistenței la foc. Cu rapoarte de aspect mai mari de patru, limita de rezistență la foc este practic egală cu limita de rezistență la foc a plăcilor sprijinite pe două laturi.
Grinzile și plăcile de grinzi nedeterminate static, atunci când sunt încălzite, își pierd capacitatea portantă ca urmare a distrugerii secțiunilor de susținere și de deschidere. Secțiunile din travee sunt distruse ca urmare a scăderii rezistenței armăturii longitudinale inferioare, iar secțiunile de susținere sunt distruse din cauza pierderii rezistenței betonului în zona inferioară comprimată, care se încălzește până la temperaturi ridicate. Viteza de încălzire a acestei zone depinde de dimensiunea secțiunii transversale, astfel încât rezistența la foc a plăcilor de grinzi static nedeterminate depinde de grosimea lor, iar grinzile - de lățimea și înălțimea secțiunii. La dimensiuni mari secțiune transversală, limita de rezistență la foc a structurilor luate în considerare este mult mai mare decât cea a structurilor determinabile static (grinzi și plăci susținute liber cu o singură travă), iar în unele cazuri (pentru plăci cu grinzi groase, pentru grinzi cu armătură de susținere superioară puternică). ) practic nu depinde de grosimea stratului protector la armătura longitudinală inferioară.
Coloane. Limita de rezistență la foc a stâlpilor depinde de schema de aplicare a sarcinii (centrală, excentrică), dimensiunile secțiunii transversale, procentul de armătură, tipul de agregat mare de beton și grosimea stratului protector la armătura longitudinală.
Distrugerea stâlpilor în timpul încălzirii are loc ca urmare a scăderii rezistenței armăturii și a betonului. Aplicarea de sarcină excentrică reduce rezistența la foc a coloanelor. Dacă sarcina este aplicată cu o excentricitate mare, atunci rezistența la foc a coloanei va depinde de grosimea stratului de protecție la armătura de tensiune, adică. natura funcționării unor astfel de stâlpi atunci când sunt încălzite este aceeași cu cea a grinzilor simple. Rezistența la foc a unei coloane cu o excentricitate mică se apropie de rezistența la foc a coloanelor comprimate central. Coloanele de beton pe granit zdrobit au o rezistență la foc mai mică (cu 20%) decât coloanele pe calcar zdrobit. Acest lucru se explică prin faptul că granitul începe să se prăbușească la o temperatură de 573 ° C, iar calcarul începe să se prăbușească la o temperatură de la începutul arderii lor de 800 ° C.
Ziduri. În timpul incendiilor, de regulă, pereții sunt încălziți pe o parte și, prin urmare, se îndoaie fie spre foc, fie în direcția opusă. Peretele dintr-o structură comprimată central se transformă într-unul comprimat excentric cu o excentricitate care crește în timp. În aceste condiții, rezistența la foc ziduri portante depinde în mare măsură de sarcină și de grosimea acestora. Pe măsură ce sarcina crește și grosimea peretelui scade, rezistența la foc scade și invers.
Odată cu creșterea numărului de etaje ale clădirilor, sarcina pe pereți crește, prin urmare, pentru a asigura rezistența necesară la foc, se presupune că grosimea pereților transversali portanti din clădirile rezidențiale este (mm): în 5 . .. Clădiri cu 9 etaje - 120, clădiri cu 12 etaje - 140, clădiri cu 16 etaje - 160 , în case cu o înălțime mai mare de 16 etaje - 180 sau mai mult.
Panourile autoportante cu un singur strat, dublu și trei straturi ale pereților exteriori sunt expuse la sarcini ușoare, astfel încât rezistența la foc a acestor pereți îndeplinește de obicei cerințele de protecție împotriva incendiilor.
Capacitatea portantă a pereților în acțiune temperatura ridicata determinată nu numai de schimbare caracteristici de rezistență beton și oțel, dar în principal prin deformabilitatea elementului în ansamblu. Rezistența la foc a pereților este determinată, de regulă, de pierderea capacității portante (distrugerea) în stare încălzită; semnul încălzirii suprafeței „rece” a peretelui cu 140 ° C nu este caracteristic. Limita de rezistență la foc depinde de sarcina de lucru (factor de siguranță al structurii). Distrugerea pereților din cauza impactului unilateral are loc conform uneia dintre cele trei scheme:
- 1) cu dezvoltarea ireversibilă a abaterii spre suprafața încălzită a peretelui și distrugerea acesteia la mijlocul înălțimii conform primului sau al doilea caz de comprimare excentrică (de-a lungul armăturii încălzite sau betonului „rece”);
- 2) cu deformarea elementului la început în sensul de încălzire, iar la etapa finală în sens invers; distrugere - la mijlocul înălțimii de-a lungul betonului încălzit sau de-a lungul armăturii „rece” (întinse);
- 3) cu o direcție de deviere variabilă, ca în schema 1, dar distrugerea peretelui are loc în zonele de sprijin de-a lungul betonului suprafeței „rece” sau de-a lungul secțiunilor oblice.
Prima schemă de defecțiune este tipică pentru pereții flexibili, a doua și a treia - pentru pereții cu mai puțină flexibilitate și platformă susținută. Dacă libertatea de rotație a secțiunilor de susținere ale peretelui este limitată, ca și în cazul suportului de platformă, deformabilitatea acestuia scade și deci rezistența la foc crește. Astfel, suportul platformei pereților (pe planuri nedeplasabile) a crescut limita de rezistență la foc în medie cu un factor de doi față de suportul articulat, indiferent de schema de distrugere a elementului.
Reducerea procentului de armătură a peretelui cu suport articulat reduce limita de rezistență la foc; cu suportul platformei, o schimbare în limitele obișnuite ale armăturii pereților nu are practic niciun efect asupra rezistenței la foc a acestora. Când peretele este încălzit simultan din ambele părți ( pereții interiori) nu are deformare termică, structura continuă să lucreze la compresie centrală și de aceea limita de rezistență la foc nu este mai mică decât în cazul încălzirii unilaterale.
Principii de bază pentru calcularea rezistenței la foc a structurilor din beton armat
Rezistența la foc a structurilor din beton armat se pierde, de regulă, ca urmare a pierderii capacității portante (prăbușire) din cauza scăderii rezistenței, a dilatației termice și a fluajului termic al armăturii și betonului la încălzire, precum și datorită încălzirea suprafeței care nu este în fața focului cu 140 ° C. Conform acestor indicatori - limita de rezistență la foc a structurilor din beton armat poate fi găsită prin calcul.
În cazul general, calculul constă din două părți: termică și statică.
În partea de inginerie termică, temperatura este determinată pe secțiunea transversală a structurii în procesul de încălzire conform standardului regim de temperatură. În partea statică se calculează capacitatea portantă (rezistența) structurii încălzite. Apoi ei construiesc un grafic (Fig. 3.7) de reducere a capacității sale portante în timp. Conform acestui grafic se constată limita de rezistență la foc, adică. timp de încălzire, după care capacitatea portantă a structurii va scădea la sarcina de lucru, adică când va avea loc egalitatea: M pt (N pt) = M n (M n), unde M pt (N pt) este capacitatea portantă a unei structuri încovoiate (comprimate sau comprimate excentric);
M n (M n), - momentul încovoietor (forța longitudinală) de la sarcina de lucru normativă sau de altă natură.
Determinarea limitelor de rezistență la foc ale structurilor clădirii
Determinarea limitei de rezistență la foc a structurilor din beton armat
Datele inițiale pentru o placă de pardoseală din beton armat sunt date în Tabelul 1.2.1.1
Tip de beton - beton ușor cu densitatea c = 1600 kg/m3 cu agregat grosier de argilă expandată; plăcile sunt multi-gov, cu goluri rotunde, numărul de goluri este de 6 buc, plăcile sunt susținute pe două laturi.
1) Grosimea efectivă a unei plăci tubulare teff pentru evaluarea limitei de rezistență la foc în ceea ce privește capacitatea de termoizolare, în conformitate cu paragraful 2.27 din Manualul SNiP II-2-80 (Rezistența la foc):
2) Determinăm conform tabelului. 8 Indemnizații pentru rezistența la foc a plăcii la pierderea capacității de izolare termică pentru o placă de beton ușor cu grosimea efectivă de 140 mm:
Limita de rezistență la foc a plăcii este de 180 min.
3) Determinați distanța de la suprafața încălzită a plăcii la axa armăturii tijei:
4) Conform Tabelului 1.2.1.2 (Tabelul 8 al Manualului), determinăm limita de rezistență la foc a plăcii în funcție de pierderea capacității portante la a = 40 mm, pentru betonul ușor când este susținut pe două laturi.
Tabelul 1.2.1.2
Limitele de rezistență la foc ale plăcilor din beton armat
Limita dorită de rezistență la foc este de 2 ore sau 120 de minute.
5) Conform clauzei 2.27 din Manual, se aplică un factor de reducere de 0,9 pentru a determina limita de rezistență la foc a plăcilor cu miez tubular:
6) Determinăm sarcina totală pe plăci ca sumă a sarcinilor permanente și temporare:
7) Determinați raportul dintre partea cu acțiune lungă a sarcinii și sarcina completă:
8) Factorul de corecție pentru sarcină conform paragrafului 2.20 din Manual:
9) Conform clauzei 2.18 (partea 1 b) a Beneficiului, acceptăm coeficientul de întărire
10) Determinăm limita de rezistență la foc a plăcii, ținând cont de coeficienții pentru sarcină și pentru armătură:
Limita de rezistență la foc a plăcii în ceea ce privește capacitatea portantă este
Pe baza rezultatelor obținute în cursul calculelor, am obținut că limita de rezistență la foc a unei plăci de beton armat în ceea ce privește capacitatea portantă este de 139 de minute, iar în ceea ce privește capacitatea de termoizolare este de 180 de minute. Este necesar să se ia cea mai mică limită de rezistență la foc.
Concluzie: limita de rezistență la foc a plăcii de beton armat REI 139.
Determinarea limitelor de rezistență la foc ale stâlpilor din beton armat
Tip de beton - beton greu densitatea c = 2350 kg/m3 cu umplutură grosieră de roci carbonatice (calcar);
Tabelul 1.2.2.1 (Tabelul 2 din Manual) prezintă valorile limitelor efective de rezistență la foc (POf) ale stâlpilor din beton armat cu caracteristici diferite. În acest caz, POf este determinat nu de grosimea stratului protector de beton, ci de distanța de la suprafața structurii la axa barei de armare de lucru (), care include, pe lângă grosimea de protecție. strat, de asemenea, jumătate din diametrul barei de armare de lucru.
1) Determinați distanța de la suprafața încălzită a stâlpului până la axa armăturii barei cu formula:
2) Conform clauzei 2.15 din Manualul pentru structuri din beton cu agregat carbonatat, dimensiunea secțiunii transversale poate fi redusă cu 10% cu aceeași limită de rezistență la foc. Apoi, lățimea coloanei este determinată de formula:
3) Conform Tabelului 1.2.2.2 (Tabelul 2 al Manualului), determinăm limita de rezistență la foc pentru o coloană de beton ușor cu parametrii: b = 444 mm, a = 37 mm când coloana este încălzită din toate părțile.
Tabelul 1.2.2.2
Limitele de rezistență la foc ale stâlpilor din beton armat
Limita dorită de rezistență la foc este cuprinsă între 1,5 ore și 3 ore Pentru a determina limita de rezistență la foc se utilizează metoda interpolării liniare. Datele sunt date în tabelul 1.2.2.3
