Penentuan batas ketahanan api struktur bangunan

Penentuan batas ketahanan api struktur beton bertulang

Data awal untuk pelat beton bertulang tumpang tindih diberikan dalam tabel 1.2.1.1

Jenis beton - beton ringan dengan berat jenis c = 1600 kg/m3 dengan agregat tanah liat mengembang kasar; pelat multi-hollow, dengan rongga bulat, jumlah rongga 6 pcs, pelat ditopang di dua sisi.

1) Ketebalan efektif pelat pelat inti berongga untuk menilai batas ketahanan api dalam hal kemampuan insulasi panas sesuai dengan paragraf 2.27 Manual untuk SNiP II-2-80 (Tahan api):

2) Kami menentukan sesuai tabel. 8 Penyisihan untuk ketahanan api pelat pada hilangnya kapasitas insulasi termal untuk pelat beton ringan dengan ketebalan efektif 140 mm:

Batas ketahanan api pelat adalah 180 menit.

3) Tentukan jarak dari permukaan pelat yang dipanaskan ke sumbu tulangan batang:

4) Menurut tabel 1.2.1.2 (Tabel 8 dari Buku Pegangan), kami menentukan batas ketahanan api pelat dengan kehilangan daya tampung pada a = 40 mm, untuk beton ringan bila ditumpu pada dua sisi.

Tabel 1.2.1.2

Batas ketahanan api pelat beton bertulang

Batas ketahanan api yang diinginkan adalah 2 jam atau 120 menit.

5) Menurut pasal 2.27 dari Buku Pegangan, faktor reduksi 0,9 diterapkan untuk menentukan batas ketahanan api pelat inti berongga:

6) Kami menentukan beban total pada pelat sebagai jumlah dari beban permanen dan sementara:

7) Tentukan rasio bagian beban kerja panjang terhadap beban penuh:

8) Faktor koreksi untuk beban menurut paragraf 2.20 dari Buku Pegangan:

9) Menurut klausa 2.18 (bagian 1 b) dari Manfaat, kami menerima koefisien untuk penguatan

10) Kami menentukan batas ketahanan api pelat, dengan mempertimbangkan koefisien untuk beban dan untuk tulangan:

Batas ketahanan api pelat dalam hal daya dukung adalah

Berdasarkan hasil yang diperoleh selama perhitungan, kami memperoleh bahwa batas ketahanan api pelat beton bertulang dalam hal daya dukung adalah 139 menit, dan dalam hal kapasitas isolasi panas adalah 180 menit. Hal ini diperlukan untuk mengambil batas ketahanan api terkecil.

Kesimpulan : Batas ketahanan api pelat beton bertulang REI 139.

Penentuan batas ketahanan api kolom beton bertulang

Jenis beton – beton berat dengan berat jenis c = 2350 kg/m3 dengan agregat besar batuan karbonat (batugamping);

Tabel 1.2.2.1 (Tabel 2 dari Buku Pegangan) menunjukkan nilai batas ketahanan api (POf) sebenarnya dari kolom beton bertulang dengan karakteristik yang berbeda. Dalam hal ini, POf tidak ditentukan oleh ketebalan lapisan pelindung beton, tetapi oleh jarak dari permukaan struktur ke sumbu batang tulangan yang bekerja (), yang meliputi, selain ketebalan lapisan pelindung. , juga setengah diameter batang penguat yang berfungsi.

1) Tentukan jarak dari permukaan kolom yang dipanaskan ke sumbu tulangan batang dengan rumus:

2) Menurut paragraf 2.15 dari Manual untuk struktur yang terbuat dari beton dengan agregat karbonat, ukurannya persilangan itu diperbolehkan untuk mengurangi 10% pada batas ketahanan api yang sama. Kemudian lebar kolom ditentukan dengan rumus:

3) Berdasarkan Tabel 1.2.2.2 (Tabel 2 Buku Pegangan), kami menentukan batas ketahanan api untuk kolom beton ringan dengan parameter: b = 444 mm, a = 37 mm ketika kolom dipanaskan dari semua sisi.

Tabel 1.2.2.2

Batas ketahanan api kolom beton bertulang

Batas ketahanan api yang diinginkan antara 1,5 jam sampai 3 jam.Untuk menentukan batas ketahanan api digunakan metode interpolasi linier. Data diberikan dalam tabel 1.2.2.3

Struktur beton bertulang, karena sifatnya yang tidak mudah terbakar dan konduktivitas termal yang relatif rendah, cukup tahan terhadap efek faktor api agresif. Namun, mereka tidak dapat menahan api tanpa batas. Struktur beton bertulang modern, pada umumnya, berdinding tipis, tanpa koneksi monolitik dengan elemen bangunan lainnya, yang membatasi kemampuan mereka untuk melakukan fungsi kerjanya dalam api hingga 1 jam, dan terkadang kurang. Struktur beton bertulang basah memiliki batas ketahanan api yang lebih rendah. Jika peningkatan kadar air suatu struktur menjadi 3,5% meningkatkan batas ketahanan api, maka peningkatan lebih lanjut dalam kadar air beton dengan kepadatan lebih dari 1200 kg / m 3 selama kebakaran jangka pendek dapat menyebabkan ledakan. beton dan kerusakan struktur yang cepat.

Batas ketahanan api dari suatu struktur beton bertulang tergantung pada dimensi penampangnya, ketebalan lapisan pelindung, jenis, jumlah dan diameter tulangan, kelas beton dan jenis agregat, beban pada struktur dan skema dukungannya.

Batas ketahanan api dari struktur penutup untuk pemanasan - permukaan yang berlawanan dengan api sebesar 140 ° C (langit-langit, dinding, partisi) tergantung pada ketebalannya, jenis beton dan kadar airnya. Dengan peningkatan ketebalan dan penurunan kepadatan beton, ketahanan api meningkat.

Batas ketahanan api berdasarkan hilangnya daya dukung tergantung pada jenis dan skema dukungan statis struktur. Elemen lentur bentang tunggal yang didukung secara bebas (pelat balok, panel dan decking lantai, balok, gelagar) dimusnahkan oleh api sebagai akibat dari pemanasan tulangan kerja bawah memanjang ke suhu kritis yang membatasi. Batas ketahanan api dari struktur ini tergantung pada ketebalan lapisan pelindung tulangan kerja bawah, kelas tulangan, beban kerja dan konduktivitas termal beton. Untuk balok dan gorden, batas ketahanan api juga tergantung pada lebar bagian.

Dengan parameter desain yang sama, batas ketahanan api balok lebih kecil daripada pelat, karena jika terjadi kebakaran, balok dipanaskan dari tiga sisi (dari bawah dan dua sisi), dan pelat hanya dipanaskan dari bawah. permukaan.

Baja tulangan terbaik dalam hal ketahanan api adalah kelas A-III grade 25G2S. Temperatur kritis baja ini pada saat batas ketahanan api struktur yang dibebani beban normatif adalah 570°C.

Lantai prategang berongga besar yang terbuat dari beton berat dengan lapisan pelindung 20 mm dan tulangan batang yang terbuat dari baja kelas A-IV yang diproduksi oleh pabrik memiliki batas ketahanan api 1 jam, yang memungkinkan untuk menggunakan lantai ini di perumahan bangunan.

Pelat dan panel penampang padat yang terbuat dari beton bertulang biasa dengan lapisan pelindung 10 mm memiliki batas ketahanan api: tulangan baja kelas A-I dan A-II - 0,75 jam; A-III (nilai 25G2S) - 1 jam

Dalam beberapa kasus, struktur lentur berdinding tipis (panel dan lantai berlubang dan berusuk, palang dan balok dengan lebar bagian 160 mm atau kurang, tanpa bingkai vertikal pada penyangga) di bawah aksi api dapat dihancurkan sebelum waktunya di sepanjang miring bagian di pendukung. Jenis kerusakan ini dicegah dengan memasang bingkai vertikal dengan panjang setidaknya 1/4 bentang pada bagian pendukung struktur ini.

Pelat yang ditopang sepanjang kontur memiliki batas ketahanan api yang jauh lebih tinggi daripada elemen lentur sederhana. Pelat ini diperkuat dengan tulangan kerja dalam dua arah, sehingga ketahanan apinya juga tergantung pada rasio tulangan dalam bentang pendek dan panjang. Pada lempengan persegi memiliki rasio ini sama dengan satu, suhu kritis tulangan pada permulaan batas ketahanan api adalah 800 ° C.

Dengan peningkatan rasio sisi pelat, suhu kritis menurun, oleh karena itu, batas ketahanan api juga berkurang. Dengan rasio aspek lebih dari empat, batas ketahanan api praktis sama dengan batas ketahanan api pelat yang ditopang pada dua sisi.

Balok statis tak tentu dan pelat balok, bila dipanaskan, kehilangan daya dukungnya sebagai akibat rusaknya bagian penyangga dan bentang. Bagian dalam bentang hancur sebagai akibat dari penurunan kekuatan tulangan memanjang bawah, dan bagian pendukung dihancurkan karena hilangnya kekuatan beton di zona tekan bawah, yang memanas hingga suhu tinggi. Laju pemanasan zona ini tergantung pada ukuran penampang, sehingga ketahanan api pelat balok statis tak tentu tergantung pada ketebalannya, dan balok - pada lebar dan tinggi penampang. Pada ukuran besar penampang, batas ketahanan api dari struktur yang ditinjau jauh lebih tinggi daripada batas struktur yang dapat ditentukan secara statis (balok dan pelat dengan bentang tunggal yang ditopang bebas), dan dalam beberapa kasus (untuk pelat balok tebal, untuk balok dengan tulangan penyangga atas yang kuat. ) praktis tidak tergantung pada ketebalan lapisan pelindung pada tulangan bawah memanjang.

kolom. Batas ketahanan api kolom tergantung pada pola aplikasi beban (pusat, eksentrik), dimensi penampang, persentase tulangan, jenis agregat beton besar dan ketebalan lapisan pelindung pada tulangan memanjang.

Penghancuran kolom selama pemanasan terjadi sebagai akibat dari penurunan kekuatan tulangan dan beton. Aplikasi beban eksentrik mengurangi ketahanan api kolom. Jika beban diterapkan dengan eksentrisitas yang besar, maka ketahanan api kolom akan tergantung pada ketebalan lapisan pelindung pada tulangan tarik, yaitu. sifat operasi kolom tersebut ketika dipanaskan adalah sama dengan balok sederhana. Ketahanan api kolom dengan eksentrisitas kecil mendekati ketahanan api kolom terkompresi terpusat. Kolom yang terbuat dari beton pada granit yang dihancurkan memiliki ketahanan api yang lebih rendah (sebesar 20%) dibandingkan kolom pada batu kapur yang dihancurkan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa granit mulai runtuh pada suhu 573 ° C, dan batu kapur mulai runtuh pada suhu awal pembakarannya 800 ° C.

Dinding. Selama kebakaran, sebagai suatu peraturan, dinding dipanaskan di satu sisi dan karenanya menekuk ke arah api atau ke arah yang berlawanan. Dinding dari struktur terkompresi terpusat berubah menjadi satu terkompresi eksentrik dengan eksentrisitas meningkat dalam waktu. Dalam kondisi ini, ketahanan api dinding penahan beban sangat tergantung pada beban dan ketebalannya. Ketika beban meningkat dan ketebalan dinding berkurang, ketahanan apinya berkurang, dan sebaliknya.

Dengan peningkatan jumlah lantai bangunan, beban pada dinding meningkat, oleh karena itu, untuk memastikan ketahanan api yang diperlukan, ketebalan dinding melintang yang menahan beban di bangunan tempat tinggal diasumsikan (mm): dalam 5 . .. Bangunan 9 lantai - 120, bangunan 12 lantai - 140, bangunan 16 lantai - 160 , di rumah-rumah dengan ketinggian lebih dari 16 lantai - 180 atau lebih.

Panel dinding eksterior swadaya satu lapis, dua lapis dan tiga lapis terkena beban ringan, sehingga ketahanan api dari dinding ini biasanya memenuhi persyaratan proteksi kebakaran.

Daya dukung dinding beraksi suhu tinggi ditentukan tidak hanya oleh perubahan karakteristik kekuatan beton dan baja, tetapi terutama oleh deformabilitas elemen secara keseluruhan. Ketahanan api dinding ditentukan, sebagai suatu peraturan, dengan hilangnya daya dukung (penghancuran) dalam keadaan panas; tanda memanaskan permukaan "dingin" dinding sebesar 140 ° C bukanlah karakteristik. Batas ketahanan api tergantung pada beban kerja (faktor keamanan struktur). Penghancuran dinding dari dampak sepihak terjadi sesuai dengan salah satu dari tiga skema:

• 1) dengan perkembangan defleksi yang tidak dapat dibalikkan ke arah permukaan dinding yang dipanaskan dan penghancurannya di tengah ketinggian sesuai dengan kasus kompresi eksentrik pertama atau kedua (sepanjang tulangan yang dipanaskan atau beton "dingin");
• 2) dengan defleksi elemen di awal ke arah pemanasan, dan pada tahap akhir di arah yang berlawanan; kehancuran - di tengah ketinggian di sepanjang beton yang dipanaskan atau di sepanjang tulangan "dingin" (meregangkan);
• 3) dengan arah defleksi variabel, seperti pada skema 1, tetapi penghancuran dinding terjadi di zona pendukung di sepanjang beton permukaan "dingin" atau di sepanjang bagian miring.

Skema kegagalan pertama adalah tipikal untuk dinding fleksibel, yang kedua dan ketiga - untuk dinding dengan fleksibilitas yang lebih rendah dan dukungan platform. Jika kebebasan rotasi bagian pendukung dinding terbatas, seperti halnya dengan dukungan platform, deformabilitasnya berkurang dan oleh karena itu ketahanan api meningkat. Dengan demikian, dukungan platform dinding (pada bidang yang tidak dapat dipindahkan) meningkatkan batas ketahanan api rata-rata dengan faktor dua dibandingkan dengan dukungan berengsel, terlepas dari skema penghancuran elemen.

Mengurangi persentase tulangan dinding dengan penyangga berengsel mengurangi batas ketahanan api; dengan dukungan platform, perubahan dalam batas biasa tulangan dinding praktis tidak berpengaruh pada ketahanan api mereka. Ketika dinding dipanaskan secara bersamaan dari dua sisi (dinding interior), itu tidak memiliki defleksi termal, struktur terus bekerja pada kompresi pusat dan oleh karena itu batas ketahanan api tidak lebih rendah daripada dalam kasus pemanasan satu sisi.

Prinsip dasar untuk menghitung ketahanan api struktur beton bertulang

Ketahanan api dari struktur beton bertulang hilang, sebagai suatu peraturan, sebagai akibat dari hilangnya daya dukung (runtuh) karena penurunan kekuatan, ekspansi termal dan creep termal tulangan dan beton saat dipanaskan, serta karena pemanasan permukaan yang tidak menghadapi api sebesar 140 ° C. Menurut indikator ini - batas ketahanan api dari struktur beton bertulang dapat ditemukan dengan perhitungan.

Dalam kasus umum, perhitungan terdiri dari dua bagian: termal dan statis.

Di bagian rekayasa panas, suhu ditentukan pada penampang struktur dalam proses memanaskannya sesuai dengan rezim suhu standar. Di bagian statis, daya dukung (kekuatan) dari struktur yang dipanaskan dihitung. Kemudian mereka membuat grafik (Gbr. 3.7) untuk mengurangi daya dukungnya dari waktu ke waktu. Menurut jadwal ini, batas ketahanan api ditemukan, yaitu. waktu pemanasan, setelah itu daya dukung struktur akan berkurang ke beban kerja, mis. ketika kesetaraan akan terjadi: M pt (N pt) = M n (M n), di mana M pt (N pt) adalah daya dukung struktur lentur (terkompresi atau terkompresi eksentrik);

M n (M n), - momen lentur (gaya longitudinal) dari beban kerja normatif atau lainnya.

Untuk memecahkan masalah bagian statis, kami mengurangi bentuk penampang pelat lantai beton bertulang dengan rongga bulat (Lampiran 2, Gambar 6.) menjadi tee yang dihitung.

Mari kita tentukan momen lentur di tengah bentang dari aksi beban standar dan berat pelat itu sendiri:

di mana Q / n- beban standar per 1 meter linier pelat, sama dengan:

Jarak dari permukaan bawah (dipanaskan) panel ke sumbu tulangan kerja adalah:

mm,

di mana D– diameter tulangan, mm.

Jarak rata-rata akan menjadi:

mm,

di mana TETAPI- luas penampang batang tulangan (klausul 3.1.1.), mm 2.

Mari kita tentukan dimensi utama dari penampang tee yang dihitung dari panel:

Lebar: B F = B= 1,49 m;

Tinggi: H F = 0,5 (H-P) = 0,5 (220 - 159) = 30,5 mm;

Jarak dari permukaan struktur yang tidak dipanaskan ke sumbu batang penguat H Hai = H – Sebuah= 220 - 21 = 199 mm.

Kami menentukan kekuatan dan karakteristik termal beton:

Resistensi normatif terhadap kekuatan tarik R bn= 18,5 MPa (Tabel 12 atau ayat 3.2.1 untuk beton kelas B25);

Faktor keandalan  B = 0,83 ;

Ketahanan desain beton sesuai dengan kekuatan tarik R bu = R bn /  B= 18,5 / 0,83 = 22,29 MPa;

Koefisien konduktivitas termal  T = 1,3 – 0,00035T menikahi\u003d 1.3 - 0,00035 723 \u003d 1,05 W m -1 K -1 (klausul 3.2.3. ),

di mana T menikahi- suhu rata-rata selama kebakaran, sama dengan 723 K;

Panas spesifik DARI T = 481 + 0,84T menikahi\u003d 481 + 0,84 723 \u003d 1088,32 J kg -1 K -1 (klausul 3.2.3.);

Mengurangi koefisien difusivitas termal:

Koefisien tergantung pada kepadatan rata-rata beton KE= 39 s 0,5 dan KE 1 = 0,5 (klausul 3.2.8, klausa 3.2.9.).

Tentukan ketinggian zona terkompresi pelat:

Kami menentukan tegangan pada tulangan tarik dari beban luar sesuai dengan adj. 4:

karena x T= 8,27 mm H F= 30,5 mm, maka

di mana Sebagai- total luas penampang batang tulangan di zona tarik penampang struktur, sama dengan 5 batang 12 mm 563 mm 2 (klausul 3.1.1.).

Mari kita tentukan nilai kritis dari koefisien perubahan kekuatan baja tulangan:

,

di mana R su- tahanan desain tulangan dalam hal kekuatan tarik, sama dengan:

R su = R sn /  S= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (di sini  S- koefisien keandalan untuk penguatan, diambil sama dengan 0,9);

R sn- tahanan standar tulangan dalam hal kekuatan tarik, sama dengan 390 MPa (Tabel 19 atau ayat 3.1.2).

Mengerti  stcr 1. Ini berarti bahwa tegangan-tegangan dari beban luar pada tulangan tarik melebihi tahanan normatif tulangan tersebut. Oleh karena itu, perlu untuk mengurangi tegangan dari beban eksternal di armature. Untuk melakukan ini, tambah jumlah batang penguat panel12mm menjadi 6. Kemudian SEBUAH S= 679 10 -6 (klausul 3.1.1.).

MPa

.

Mari kita tentukan suhu pemanasan kritis dari tulangan pendukung di zona tegangan.

Menurut tabel pada klausa 3.1.5. menggunakan interpolasi linier, kami menentukan bahwa untuk tulangan kelas A-III, baja kelas 35 GS dan  stcr = 0,93.

T stcr= 475C.

Waktu pemanasan tulangan hingga suhu kritis untuk pelat penampang padat akan menjadi batas ketahanan api yang sebenarnya.

c = 0,96 jam,

di mana x– argumen fungsi kesalahan Gaussian (Krump) sama dengan 0,64 (bagian 3.2.7. ) tergantung pada nilai fungsi kesalahan Gaussian (Krump) sama dengan:

(di sini T n- suhu struktur sebelum kebakaran, kita ambil sama dengan 20С).

Batas ketahanan api sebenarnya dari pelat lantai dengan rongga bulat adalah:

P F =  0,9 = 0,960,9 = 0,86 jam,

dimana 0,9 adalah koefisien yang memperhitungkan adanya rongga pada pelat.

Karena beton adalah bahan yang tidak mudah terbakar, jelas bahwa kelas bahaya kebakaran sebenarnya dari struktur tersebut adalah K0.

Tabel 2.18

Berat jenis beton ringan? = 1600 kg/m3 dengan agregat tanah liat kasar yang diperluas, pelat dengan rongga bulat, 6 buah, penyangga pelat - bebas, di kedua sisi.

1. Mari kita tentukan ketebalan efektif teff pelat inti berongga untuk menilai batas ketahanan api dalam hal kemampuan insulasi panas sesuai dengan paragraf 2.27 dari Buku Pegangan:

di mana ketebalan pelat, mm;

• - lebar pelat, mm;
• - jumlah rongga, pcs.;
• - diameter rongga, mm.
• 2. Kami menentukan sesuai tabel. 8 Penyisihan untuk ketahanan api pelat pada hilangnya kapasitas insulasi termal untuk pelat bagian beton berat dengan ketebalan efektif 140 mm:

Batas ketahanan api pelat untuk hilangnya kemampuan insulasi panas

3. Tentukan jarak dari permukaan pelat yang dipanaskan ke sumbu tulangan batang:

dimana tebal lapisan pelindung beton, mm;

• - diameter tulangan kerja, mm.
• 4. Menurut tabel. 8 Kelonggaran menentukan batas ketahanan api pelat dengan hilangnya daya dukung pada a = 24 mm, untuk beton berat dan bila ditopang pada dua sisi.

Batas ketahanan api yang diinginkan berkisar antara 1 jam hingga 1,5 jam, kami menentukannya dengan metode interpolasi linier:

Batas ketahanan api pelat tanpa faktor koreksi adalah 1,25 jam.

• 5. Menurut pasal 2.27 dari Buku Pegangan, faktor reduksi 0,9 diterapkan untuk menentukan batas ketahanan api pelat inti berongga:
• 6. Kami menentukan beban total pada pelat sebagai jumlah dari beban permanen dan sementara:
• 7. Tentukan rasio bagian beban kerja panjang terhadap beban penuh:

8. Faktor koreksi untuk beban menurut paragraf 2.20 dari Buku Pegangan:

• 9. Menurut klausul 2.18 (bagian 1 a) dari Manfaat, kami menerima koefisien? untuk fitting A-VI:
• 10. Kami menentukan batas ketahanan api pelat, dengan mempertimbangkan koefisien untuk beban dan untuk tulangan:

Batas ketahanan api pelat dalam hal daya dukung adalah R 98.

Untuk batas ketahanan api pelat, kami mengambil yang lebih kecil dari dua nilai - untuk kehilangan kemampuan insulasi panas (180 menit) dan untuk kehilangan daya dukung (98 menit).

Kesimpulan : Batas ketahanan api pelat beton bertulang adalah REI 98