Из всего многообразия металлов в строительстве применяется главным образом сплавы на основе железа. На данный момент в строительных конструкциях применяется по большей части углеродистая и легированная сталь.
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.
1.1 СОСТАВ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
1.1.1 УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистые стали представляют собой сплавы железа Fe с углеродом C при неизбежном наличии примесей других химических элементов.
В строительных конструкциях, как правило, используются улеродистые стали обыкновенного качества.
По показателям нормирования качества стали обыкновенного качества подразделяются на три группы:
- группа А — нормируются механические характеристики (?в, ?т, ?, изгиб);
- группа Б — нормируется химический состав (C, Mn, Si и др.);
- группа В — нормируются механические характеристики и химический состав.
С возрастанием цифры в марке стали обыкновенного качества группы А (табл. 1.5) увеличиваются прочность и твердость, но снижаются пластичность и ударная вязкость стали. Это происходит за счет изменения химического состава, в первую очередь — содержания углерода.
Таблица 1. Механические свойства сталей группы А
|
Марка |
в, |
т, МПа, для толщины в мм |
%, для толщины в мм |
||||||
|
стали |
МПа |
до 20 |
21-40 |
41-100 |
> 100 |
до 20 |
21-40 |
> 40 |
|
|
Ст0 |
> 300 |
— |
— |
— |
— |
23 |
22 |
20 |
|
|
Ст1кп |
300-390 |
— |
— |
— |
— |
35 |
34 |
32 |
|
|
Ст1пс, Ст1сп |
310-410 |
— |
— |
— |
— |
34 |
33 |
31 |
|
|
Ст2кп |
320-410 |
215 |
205 |
195 |
185 |
33 |
32 |
30 |
|
|
Ст2пс, Ст2сп |
330-430 |
225 |
215 |
205 |
195 |
32 |
31 |
29 |
|
|
Ст3кп |
360-460 |
235 |
225 |
215 |
195 |
27 |
26 |
24 |
|
|
Ст3пс, Ст3сп |
370-480 |
245 |
235 |
225 |
205 |
26 |
25 |
23 |
|
|
Ст3Гпс |
370-490 |
245 |
235 |
225 |
205 |
26 |
25 |
23 |
|
|
Ст3Гсп |
390-570 |
— |
245 |
— |
— |
— |
24 |
— |
|
|
Ст4кп |
400-510 |
255 |
245 |
235 |
225 |
25 |
24 |
22 |
|
|
Ст4пс, Ст4сп |
410-530 |
265 |
255 |
245 |
235 |
24 |
23 |
21 |
|
|
Ст5пс, Ст5сп |
490-630 |
285 |
275 |
265 |
255 |
20 |
19 |
17 |
|
|
Ст5Гсп |
450-590 |
285 |
275 |
265 |
255 |
20 |
19 |
17 |
|
|
Ст6сп, Ст6сп |
> 590 |
315 |
305 |
295 |
295 |
15 |
14 |
12 |
|
Стали группы Б различаются (табл. 1.6) по химическому составу. С ростом цифры в марке стали (БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6) увеличивается содержание углерода, кремния и марганца. Естественно, что это приводит к увеличению прочности и пластичности и к снижению ударной вязкости.
Таблица 2. Химический состав сталей группы Б, %
|
Марка стали |
Углерод, С |
Кремний, Si |
Марганец, Mn |
|
|
БСт0 |
Не более 0,23 |
— |
— |
|
|
БСт1кп |
Не более 0,05 |
0,25-0,5 |
||
|
БСт1пс |
0,06-0,12 |
0,05-0,17 |
||
|
БСт1сп |
0,12-0,3 |
|||
|
БСт2кп |
0,09-0,15 |
Не более 0,07 |
0,25-0,5 |
|
|
БСт2пс |
0,09-0,15 |
0,05-0,17 |
||
|
БСт2сп |
0,12-0,3 |
|||
|
БСт3кп |
Не более 0,07 |
0,3-0,6 |
||
|
БСт3пс |
0,14-0,22 |
0,05-0,17 |
0,4-0,65 |
|
|
БСт3сп |
0,12-0,3 |
|||
|
БСт3Гпс |
Не более 0,15 |
0,8-1,1 |
||
|
БСт3Гсп |
0,14-0,2 |
0,12-0,3 |
||
|
БСт4кп |
Не более 0,07 |
|||
|
БСт4пс |
0,18-0,27 |
0,05-0,17 |
0,4-0,7 |
|
|
БСт4сп |
0,12-0,3 |
|||
|
БСт5пс |
0,28-0,37 |
0,05-0,17 |
0,5-0,8 |
|
|
БСт5сп |
0,15-0,35 |
|||
|
БСт5Гпс |
0,22-0,3 |
Не более 0,15 |
0,8-1,2 |
|
|
БСт6пс |
0,38-0,49 |
0,05-0,17 |
0,5-0,8 |
|
|
БСт6сп |
0,15-0,35 |
|||
Стали группы В нормируются как по химическому составу, так и по механическим характеристикам: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Стали обыкновенного качества выпускаются в виде проката: швеллер, труба, лист, пруток, балка и т. д.
Углеродистые стали специального назначения (мосто- и судостроения, сельскохозяйственного машиностроения) имеют дополнительные индексы. Например, для мостовых конструкций используется сталь Ст3мост.
железобетонный панель перекрытие огнестойкость
1.1.2 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Углеродистые стали имеют недостаточную прочность, повышенную склонность к старению и низкую коррозийную стойкость, плохо прокаливаются, хрупки при низких температурах и т. д. Поэтому очень важно улучшить эксплуатационные характеристики сталей, получить стали с особыми свойствами, например, жаропрочные, нержавеющие и др. Это достигается изменением химического состава стали.
Сталь называется легированной, если в нее вводятся специальные (легирующие) элементы, изменяющие ее свойства (табл. 1.7), или в ней имеется более 1 % Si, или Mn. Эти легирующие элементы в буквенном виде включаются в марки сталей.
Таблица 3
|
А — азот Г — марганец К — кобальт П — фосфор Т — титан Ц — цирконий |
Б — ниобий Д — медь М — молибден Р — бор Ф — ванадий Ю — алюминий |
В — вольфрам Е — селен Н — никель С — кремний Х — хром |
|
Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержание углерода в сотых долях %, а цифры после соответствующих букв — среднее содержание этого химического элемента в %. Если после буквенного обозначения нет цифры, то данного элемента находится в стали около 1 %.
Таблица 4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства сталей*
|
Характеристики |
Легирующие элементы |
||||||||
|
C |
Cr |
Ni |
Mn |
Si |
W |
V |
Cu |
||
|
Прочность на разрыв, в |
|||||||||
|
Предел текучести, т |
|||||||||
|
Относит. удлинение, |
0 |
0 |
0 |
||||||
|
Твердость |
0 |
||||||||
|
Ударная вязкость, ?н |
0 |
0 |
|||||||
|
Усталостная прочность |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
|
Свариваемость |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||||
|
Коррозийная стойкость |
0 |
0 |
|||||||
* Условные обозначения 0 — не влияет
Применение низколегированных строительных сталей (10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 16Г2СД, 09Г2, 14Г2 и др.) позволяет снизить вес строительных конструкций, повысить коррозионную стойкость, снизить чувствительность к низким температурам и к старению.
1.1.3 АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ
Имеется 7 классов (табл. 1.9) арматурной стали: А-I — круглого профиля; А-II, …, А-VI — периодического профиля (для повышенного сцепления с бетоном).
Таблица 5. Механические свойства арматурной стали по классам
|
Класс арматурной стали |
Диаметр стержня, мм |
Марка стали |
Предел текучести ?т, МПа |
Временное сопротивление разрыву в, МПа |
Относительное удлинение L, % |
|
|
А-I |
6-40 6-18 |
Ст3кп3, Ст3пс3, Ст3сп3, ВСт3кп2, ВСт3пс2, ВСт3сп2 ВСт3Гпс2 |
235 |
373 |
25 |
|
|
А-II |
10-40 40-80 |
ВСт5сп2, ВСт5пс2 18Г2С |
294 |
490 |
19 |
|
|
Ac-II |
10-32 (36-40) |
10ГТ |
294 |
441 |
25 |
|
|
A-III |
6-40 6-22 |
35ГС, 25Г2С 32Г2Рпс |
392 |
590 |
14 |
|
|
A-IV |
10-18 (6-8) 10-32 (36-40) |
80С 20ХГ2Ц |
590 |
883 |
6 |
|
|
A-V |
(6-8) 10-32 (36-40) |
23Х2Г2Т |
785 |
1030 |
7 |
|
|
A-VI |
10-22 |
22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР |
980 |
1230 |
6 |
|
Основной характеристикой для арматурных сталей является предел текучести т, т. к. в случае его превышения нарушается сцепление бетона с арматурным стержнем, и появляются трещины в бетоне. Для увеличения предела текучести т проводят упрочнение арматуры путем предварительного растягивания (Lр) стальных стержней арматуры на 3,5-5,5 % их первоначальной длины (L0).
При растягивании происходят зональные разрушения в кристаллической решетке, возникает «наклеп», т. е. происходит упрочнение материала в наименее «слабых» сечениях. После предварительного растяжения начальная длина стержня увеличивается до Lу, а площадка текучести то после предварительного растяжения ?ту перемещается по оси ординат выше.
При работе предварительно деформированного стержня его растяжение происходит по пунктирной линии; прочность железобетона существенно возрастает, т. к. ту > то.
1.2 ПОВЕДЕНИЕ ПРИ НАГРЕВАНИИ
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 .
Например в 1984 году сгорело здание стоянки автобусов в Воронеже выполненное из лёгких металлических конструкций. Здание имело размеры 54×96 м. и высоту 10 м. Стены здания были выполнены из 3-х слойных асбоцементных панелей с пенополиуретановым утеплителем. В покрытии был уложен металлический профилированный настил, с пенополистирольным утеплителем и рулонным водоизоляционным ковром. Несущие конструкции здания — металлические колонны с шагом 12×18м и структурное металлическое покрытие типа «Берлин». Пожар начался с загорания одного из автобусов. Через 30 минут после безуспешных попыток потушить пожар первичными средствами поступило сообщение в пожарную охрану. Через 6 минут после сообщения о пожаре произошло обрушение конструкций покрытия на площади более 3000 м2. Через 4 минуты после первого обрушения произошло второе обрушение на всей площади здания (5184 м2).
В результате пожара огнем было полностью уничтожено здание стоянки с 87 автобусами «Икарус».
1.3 МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Металлы отличаются высокой теплопроводностью, поэтому их огнезащита заключается в создании на поверхности металлических элементов конструкций теплоизолирующих экранов, выдерживающих воздействие огня или высоких температур.
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.
2. Расчетная часть
2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели перекрытия ПК 8 — 58.12
Расчет предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия:
- а) по признаку «R» — потере несущей способности;
Дано:
- Железобетонная плита перекрытия ПК 8-58.12, 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 ? = 0.02 м, диаметр пустот
dП = 0.14 м.
Бетон: тяжелый, Rbu = 22 МПа.
Арматура: растянутая класса А-IV, Rsu = 883 МПа.
2.1.1 Решение теплотехнической задачи
1 Определяем значение максимального изгибающего момента в плите:
М =
гдеb — ширина сечения ПК, м;
- l — длина ПК, м;
- qp — нагрузка на ПК, Н/м.
М = = = 32,21
- 103 Нм.
2. Определяем рабочую высоту сечения плиты:
h0 = h — rs — ?,
где h — высота сечения ПК, м;
- rs — радиус растянутой арматуры плиты, м;
- ? — толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры, м.
h0 = h — rs — ? = 0.22 — 0.0053 — 0.02 = 0.1947 м.
3 Определяем коэффициент условий работы при пожаре ?s,T растянутой арматуры:
?s,T = / (1 — ),
где As — суммарная площадь арматур, м2;
- Rsu — сопротивление арматуры, МПа;
- Rbu — сопротивление бетона, МПа.
?s,T = / (1 — ) = /(1 — )= 0.4
4. Определяем значение критической температуры прогрева Tcr растянутой арматуры плиты:
Согласно таблица 9.3.7, разд.9.3 [2] для стали класса А-IV при ?s,T = 0.4.
Tcr = 550 ?С.
5 Определяем значение среднего диаметра растянутой арматуры плиты:
ds = ,
где As,j — площадь j — ой арматуры, м2.
ds = = []·= 0.013 м.
2.1.2 Решение прочностной задачи
1 Определяем значение предела огнестойкости сплошной железобетонной плиты по признаку «R» — потере несущей способности:
?f.r = ()2,
где ?red — приведенный коэффициент температуропроводности;
- ?1, ?2 — коэффициенты, учитывающие длительность загружения, гибкость и характер армирования.
?f.r = () 2 = () 2 = 1.34 = R80.
Согласно таблица 9.3.2 и таблица 9.3.3 [2], при ? = 2350 кг/м3 имеем:
- ?red = 0.00133 м2/ч;
- ?1 = 0.62;
- ?2 = 0.5.
2 Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной многопустотной плиты по признаку «R» — потере несущей способности:
?пуст = ?f.r·0.9,
?пуст = ?f.r·0.9 = 1.34·0.9 = R72.
3 Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной пустотной плиты по признаку «I» — потере теплоизолирующей способности:
Определяем приведенную толщину плиты:
hred = = ,
где АП — площадь пустот в плите, м2.
hred = = = = 0.142 м.
Определяем искомое значение предела огнестойкости теплоотвода с необогреваемой поверхности плиты, согласно таблица 9.3.10 [2] получаем:
при hred= 0.142 м ?f.r? I180
Окочательно принимаем наименьшее из двух полученных значений «R»: R72.
Вывод: Панель перекрытия ПК 8-58.12 соответствует установленному пределу огнестойкости RE45 для зданий и сооружений имеющих степень огнестойкости III.
2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны КСР — 442 — 34
Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны по признаку «R» — потере несущей способности.
Дано:
Железобетонная колонна КСР — 442-52, сечением 0.4?0.4 м, расчетная длина колонны lр = 4.2, нормативная нагрузка на колонну NH = 520 т.
Бетон: класса В15, Rbu = 22 МПа.
Арматура: класса А-III, Rsu = 433 МПа.
?red = 0.00133 м2/ч, ?1 = 0.65; ?2 = 0.5 при ? = 2350 кг/м3, = 500 ?C.
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 ?1 = 0,5 ч.
Рисунок 1 — Расчетная схема 1: 1; 2; 3; 4 — номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны
2. Определяем температуру прогрева арматуры Тs колонны в первый расчетный момент времени воздействия пожара ? = 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 ?red — приведенный коэффициент температуропроводности, ? — время:
l == 0.089 м.
Определяем параметр, который определяется при определении температуры прогрева арматуры:
= Yi + ,
Где Yi — расстояние от i — ой обогреваемой поверхности до ближайшего к ней края арматуры, м;
- ds — диаметр арматуры, м;
- ?red — приведенный коэффициент температуропроводности;
- ?1, ?2- коэффициенты, учитывающие длительность загружения, гибкость и характер армирования колонны.
==Yi + =(50 -16)·10-3 += =0.073 м,
==Yi+= (400-50-16)·10-3+ =0.413 м.
Определяем значение параметра r:
ri = / l ? 1
r1 = r4 = 0.073 / 0.089 = 0.83,
r2 = r3 = 0.413/ 0.089 = 4.51 > 1, то принимаем r2 = r4= 1.
Определяем значение температуры прогрева арматуры Тs при ? = 0,5 ч:
Тs(? =1) = 1220 — 1200·[1 — (1 — r1 )2 — (1 — r2)2]·[1 — (1 — r3)2 — (1 — r4)2
Тs(?=1) =1220-1200·[1-(1-0.82)2 — (1-1)2]·[1-(1-0.1)2 — (1-0.82)2 =96 ?C.
Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре ?s,T арматуры колонны при ? = 0,5 ч. Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А — III имеем: при Тs(? = 1) = 96 ?C. ?s,T = 1,0.
3. Определяем площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в первый расчетный момент времени воздействия пожара ? = 0,5 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, ?С.
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:
rу = 1 — ,
rу = 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 ?:
? = b / C — 0.2
Где ? — поправка на дополнительное увеличение толщины прогретого слоя материала в углах сечения.
? = b / C — 0.2 = 0.177 / 0.1908 — 0.2 = 0.126,
Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент времени воздействия пожара ? = 0.5 ч будет равна:
А = ?
- (2
- C)2
А = 0.126·(2·0.1908)2= 0.126 м2,
а сторона рабочего сечения бетона будет равна:
hb(? = 1) = ,
hb(? = 1) = 0.335 м.
2.2.2 Решение прочностной задачи
1 Определяем значение коэффициента продольного изгиба колонны ?(? = 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;
- ? = 0.96.
2. Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре ?s,T арматуры колонны при ? = 0,5 ч.
Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А — III имеем:
при Тs(? = 1) = 96 ?C. ?s,T = 1.0.
3 Определяем несущую способность Ф(? = 1) колонны в момент времени воздействия пожара ? = 0,5:
Ф(? = 0,5) = ?·(Rs,u
- ?s,T
- As,tot + Rb,u
- A)
Где As,tot — суммарная площадь арматур, м2;
- Rsu — сопротивление арматуры, МПа;
- Rbu — сопротивление бетона, МПа;
- A — рабочая площадь бетона колонны, м2;
- Ф(?) — несущая способность конструкции на момент времени ? воздействия пожара, Н.
Ф(? = 1) = ?·(Rs,u
- ?s,T
- As,tot + Rb,u
- A) = 0.96(433
- 1
- 3,14
- 0.022 + 22
- 0.126)·106 = 4.47·106 Н.
2.2.3 Решение теплотехнической задачи для средних арматур
1 Решаем теплотехническую задачу огнестойкости, применительно к рассматриваемой конструкции — проводим расчет температур прогрев арматуры и бетона колонны в заданный момент времени воздействия стандартного пожара.
В силу симметричности сечения колонны и воздействия пожара на нее (рисунок 3), рассмотрим один из арматурных стержней, расположенный в середине колонны.
Рисунок 2 Расчетная схема 2
2. Определяем температуру прогрева арматуры Тs колонны в первый расчетный момент времени воздействия пожара ? = 0.5 ч.
Определяем толщину начавшего прогреваться слоя бетона:
l = ,
l = = 0.089 м.
Определяем параметр, который определяется при определении температуры прогрева арматуры:
= Yi + ,
= (100 + 50)
- 10-3 + = 0.213 м;
= (400 — 100 — 50 +20)
- 10-3 + = 0.273 м;
= (400 — 50 — 20)
- 10-3 + = 0.373 м.
= (50 — 20)
- 10-3 + = 0.073 м.
Определяем значение параметра r:
ri = / l ? 1,
r1 = 0.213 / 0.089 = 3.06 > 1, то принимает r1 = r2 =1
r2 = 0.273 / 0.089 = 2.39 > 1, то принимает r1 = r2 =1
r3 = 0.373 / 0.089 = 4.19 > 1, то принимаем r3 = 1.
r4 = 0.073 / 0.089 = 0.82
Определяем значение температуры прогрева арматуры Тs при ? = 0,5 ч:
Тs(? =1) = 1220 — 1200·[1 — (1 — r1 )2 — (1 — r2 )2]·[1 — (1 — r3 )2 — (1 — r4 )2],
Тs(?=1) =1220-1200·[1-(1-1)2 — (1-1)2]·[1-(1-1)2 — (1-0.82)2] = 154?C.
Расчеты получаются аналогичные, что и для крайних арматурных стержней, поэтому данные сведем в таблицу 1, также расчеты для несущей способности Ф(? = 1.5) колонны в момент времени воздействия пожара ? = 1.5 ч.
Таблица 1. Расчетные данные для колонны КСР — 442-34
|
Время воздействия пожара |
|||
|
Значения |
? = 0,5 ч |
? = 1.5 ч |
|
|
l, м |
0.089 |
0.15 |
|
|
Тs ,?C |
96 |
599 |
|
|
r |
2.51 |
1.49 |
|
|
w |
1 |
1 |
|
|
r3 |
0.373 |
0.372 |
|
|
, 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 |
|
|
? |
0.87 |
0.669 |
|
|
А, м2 |
0.126 |
0.075 |
|
|
? |
0.96 |
0.91 |
|
|
?s,T |
1,0 |
0.45 |
|
|
Ф(?), 106Н |
4,74 |
2,34 |
|
Рисунок 3. Зависимость несущей способности исходной центрально сжатой железобетонной колонны от времени
Согласно расчетам железобетонная колонна КСР — 442-52 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 30 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 — 442-34, сечением 0.4?0.4 м, расчетная длина колонны lр = 3.2, нормативная нагрузка на колонну NH = 340 т.
Бетон: класса В50, Rbu = 32 МПа.
Арматура: класса А-III, Rsu = 433 МПа.
?red = 0.00133 м2/ч, ?1 = 0.65; ?2 = 0.5 при ? = 2350 кг/м3, = 500 ?C.
Решение:
Cхема температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия ? = 0.5 и ? = 1.5.
Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рисунок 4).
Рисунок 4. 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.
Таблица 2. Расчетные данные для новой колонны КСР — 442-34
|
Время воздействия пожара |
|||
|
Значения |
? = 1 ч |
? = 1.5 ч |
|
|
l, м |
0.089 |
0.15 |
|
|
= , м |
0.073 |
0.073 |
|
|
= , м |
0.41 |
0.41 |
|
|
Тs ,?C |
96 |
599 |
|
|
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 |
|
|
, м |
0.022 |
0.054 |
|
|
b, м |
0.177 |
0.146 |
|
|
? |
0.87 |
0.6 |
|
|
А, м2 |
0.126 |
0.075 |
|
|
? |
0.96 |
0.91 |
|
|
?s,T |
1.0 |
0.45 |
|
|
Ф(?),·106 Н |
5.95 |
3.01 |
|
Рисунок 5. Зависимость несущей способности новой центрально сжатой железобетонной колонны от времени
Железобетонная колонна КСР-442-34 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 8 — 58.12 по потере несущей способности (R), и колонны среднего ряда КСР — 442 — 34 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 R72, 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 R30 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
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/metall-v-stroitelstve/
1. Демехин В.Н., Мосалков И.Л., Плюснина Г.Ф. и др. Сооружения, здания и их устойчивость при пожаре. Учебное издание — М.: 2003. — 656 с.;
2. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. — М.: Пожарная безопасность и наука, 2001. — 382 с.;
3. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции;
4. СНиП 21.01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений;
5. Венедиктов Г.С. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1998. — 760с.
6. Кнорозов Б. В. и др. Технология металлов. М.: Металлургия, 1977. 647 с.
