ATAS PERTANYAAN PERHITUNGAN BALOK BEBAS SLABS UNTUK TAHAN KEBAKARAN

UNTUK PERTANYAAN PERHITUNGAN BALOK BEBAS SLABS UNTUK TAHAN KEBAKARAN

V.V. Zhukov, V.N. Lavrov

Artikel itu diterbitkan dalam publikasi “Beton dan beton bertulang - cara pengembangan. Karya ilmiah dari konferensi All-Rusia (Internasional) ke-2 tentang beton dan beton bertulang. 5-9 September 2005 Moskow; Dalam 5 volume. NIIZhB 2005, Volume 2. Laporan bagian. Bagian “Struktur bangunan dan struktur beton bertulang”, 2005.”

Pertimbangkan perhitungan batas ketahanan api dari langit-langit tanpa balok menggunakan contoh yang cukup umum dalam praktik konstruksi. Lantai beton bertulang tanpa balok memiliki ketebalan 200 mm dari beton kelas B25 dalam tekan, diperkuat dengan mesh dengan sel 200x200 mm dari tulangan kelas A400 dengan diameter 16 mm dengan lapisan pelindung 33 mm (ke tengah gravitasi tulangan) di permukaan bawah lantai dan A400 dengan diameter 12 mm dengan lapisan pelindung 28 mm (sampai c.t.) di permukaan atas. Jarak antar tiang adalah 7m. Pada bangunan gedung yang ditinjau, langit-langit merupakan penahan api tipe pertama dan harus memiliki batas ketahanan api untuk kehilangan kemampuan insulasi panas (I), integritas (E) dan daya tampung(R) REI 150. Tingkat kebakaran langit-langit dari dokumen yang ada hanya dapat ditentukan dengan perhitungan dari ketebalan lapisan pelindung (R) untuk struktur statis tertentu, dari ketebalan langit-langit (I) dan, jika memungkinkan , patah getas dalam kebakaran (E). Pada saat yang sama, perhitungan I dan E memberikan penilaian yang cukup tepat, dan daya dukung langit-langit jika terjadi kebakaran sebagai struktur statis tak tentu hanya dapat ditentukan dengan menghitung keadaan tegangan termal, menggunakan teori elastisitas- plastisitas beton bertulang selama pemanasan atau teori metode keseimbangan batas struktur di bawah aksi beban statis dan termal selama kebakaran . Teori terakhir adalah yang paling sederhana, karena tidak memerlukan penentuan tegangan dari beban statis dan suhu, tetapi hanya gaya (momen) dari aksi beban statis, dengan mempertimbangkan perubahan sifat beton dan tulangan selama pemanasan sampai sendi plastis muncul dalam struktur statis tak tentu ketika berubah menjadi mekanisme. Dalam hal ini, penilaian daya dukung lantai tanpa balok jika terjadi kebakaran dilakukan menurut metode keseimbangan batas, dan dalam satuan relatif terhadap daya dukung lantai dalam kondisi operasi normal. Gambar kerja bangunan ditinjau dan dianalisis, perhitungan dibuat dari batas ketahanan api dari langit-langit tanpa balok beton bertulang pada awal tanda-tanda keadaan batas yang dinormalisasi untuk struktur ini. Perhitungan batas ketahanan api untuk daya dukung dilakukan dengan mempertimbangkan perubahan suhu beton dan tulangan selama 2,5 jam pengujian standar. Semua karakteristik termodinamika dan fisik-mekanik bahan konstruksi yang diberikan dalam laporan ini diambil berdasarkan data dari VNIIPO, NIIZhB, TsNIISK.

BATAS TAHAN KEBAKARAN HILANGNYA KEMAMPUAN Isolasi Termal (I)

Dalam prakteknya, pemanasan struktur ditentukan oleh selisih hingga atau perhitungan elemen hingga menggunakan komputer. Saat memecahkan masalah konduktivitas termal, perubahan sifat termofisika beton dan tulangan selama pemanasan diperhitungkan. Perhitungan suhu dalam struktur di bawah rezim suhu standar dilakukan di bawah kondisi awal: suhu struktur dan lingkungan eksternal adalah 20C. Suhu medium tc selama kebakaran bervariasi tergantung pada waktu menurut . Saat menghitung suhu dalam struktur, Qc konvektif dan perpindahan panas radiasi Qr antara media yang dipanaskan dan permukaan diperhitungkan. Perhitungan suhu dapat dilakukan dengan menggunakan ketebalan bersyarat dari lapisan beton Xi* yang dipertimbangkan dari permukaan yang dipanaskan . Untuk menentukan suhu dalam beton, hitung

Mari kita tentukan dengan rumus (5) distribusi suhu di atas ketebalan lantai setelah 2,5 jam kebakaran. Mari kita tentukan dengan rumus (6) ketebalan lantai, yang diperlukan untuk mencapai suhu kritis 220C pada permukaannya yang tidak dipanaskan dalam 2,5 jam. Ketebalan ini adalah 97 mm. Oleh karena itu, tumpang tindih setebal 200 mm akan memiliki batas ketahanan api untuk hilangnya kemampuan insulasi panas setidaknya 2,5 jam.

BATAS TAHAN KEBAKARAN KEHILANGAN SLAB LANTAI (E)

Jika terjadi kebakaran pada bangunan dan struktur di mana beton dan struktur beton bertulang digunakan, retak getas beton mungkin terjadi, yang menyebabkan hilangnya integritas struktural. Kehancuran terjadi secara tiba-tiba, cepat dan karena itu adalah yang paling berbahaya. Fraktur rapuh beton dimulai, sebagai suatu peraturan, setelah 5-20 menit dari awal dampak kebakaran dan memanifestasikan dirinya sebagai serpihan dari permukaan struktur potongan beton yang dipanaskan; akibatnya, lubang tembus mungkin muncul di strukturnya, yaitu struktur dapat mencapai ketahanan api dini dengan hilangnya integritas (E). Penghancuran beton yang getas dapat disertai dengan efek suara dalam bentuk letupan ringan, derak dengan berbagai intensitas, atau "ledakan". Dalam kasus patah getas beton, pecahan dengan berat hingga beberapa kilogram dapat tersebar pada jarak hingga 10-20 m penyaringan uap melalui struktur beton. Patah getas beton selama kebakaran tergantung pada struktur beton, komposisinya, kelembaban, suhu, kondisi batas dan beban eksternal, mis. itu tergantung baik pada bahan (beton) dan pada jenis beton atau struktur beton bertulang. peringkat tahan api lantai beton bertulang kehilangan integritas dapat dilakukan dengan nilai kriteria patah getas (F), yang ditentukan oleh rumus yang diberikan dalam:

KEHILANGAN KEHILANGAN BATAS TAHAN KEBAKARAN (R)

Menurut daya dukung, ketahanan api langit-langit juga ditentukan oleh perhitungan, yang diperbolehkan. Rekayasa termal dan masalah statis diselesaikan. Di bagian termoteknik dari perhitungan, distribusi suhu di atas ketebalan pelat ditentukan di bawah paparan termal standar. Pada perhitungan bagian statis, daya dukung pelat ditentukan jika terjadi kebakaran dengan durasi 2,5 jam.Kondisi beban dan tumpuan diambil sesuai dengan desain bangunan. Kombinasi beban untuk menghitung batas ketahanan api dianggap khusus. Dalam hal ini, diperbolehkan untuk tidak memperhitungkan beban jangka pendek dan hanya mencakup beban standar jangka panjang permanen dan sementara. Beban pada pelat jika terjadi kebakaran ditentukan menurut metode NIIZhB. Jika daya dukung pelat yang dihitung adalah R pada kondisi operasi normal, maka nilai beban yang dihitung adalah P = 0,95 R. Beban standar jika terjadi kebakaran adalah 0,5R. Tahanan desain bahan untuk menghitung batas tahan api diterima dengan faktor keandalan 0,83 untuk beton dan 0,9 untuk tulangan. Batas ketahanan api pelat lantai beton bertulang yang diperkuat dengan tulangan batang dapat terjadi karena alasan yang harus diperhitungkan: selip tulangan pada tumpuan ketika lapisan kontak beton dan tulangan dipanaskan sampai suhu kritis; rangkak dan patah tulangan bila tulangan dipanaskan sampai temperatur kritis. Di gedung yang dipertimbangkan, lantai beton bertulang monolitik digunakan dan daya dukungnya jika terjadi kebakaran ditentukan oleh metode keseimbangan batas, dengan mempertimbangkan perubahan sifat fisik dan mekanik beton dan tulangan selama pemanasan. Hal ini diperlukan untuk membuat penyimpangan kecil tentang kemungkinan menggunakan metode keseimbangan batas untuk menghitung batas ketahanan api dari struktur beton bertulang di bawah paparan termal selama kebakaran. Menurut data, “selama metode keseimbangan batas tetap berlaku, batas-batas daya dukung sepenuhnya tidak tergantung pada tegangan-diri aktual yang timbul, dan, akibatnya, dari faktor-faktor seperti deformasi termal, perpindahan tumpuan, dll." Tetapi pada saat yang sama, perlu mempertimbangkan pemenuhan prasyarat berikut: elemen struktural tidak boleh rapuh sebelum mencapai tahap pembatas, tegangan sendiri tidak boleh mempengaruhi kondisi pembatas elemen. Dalam struktur beton bertulang, prasyarat untuk penerapan metode keseimbangan batas ini dipertahankan, tetapi untuk ini perlu tidak ada selip tulangan di tempat-tempat di mana sendi plastis terbentuk dan patah getas elemen struktur sampai keadaan batas tercapai. dicapai. Dalam kasus kebakaran, pemanasan terbesar dari pelat lantai diamati dari bawah di zona momen maksimum, di mana, sebagai aturan, sendi plastis pertama dibentuk dengan penahan yang cukup dari tulangan tarik dengan deformabilitas yang signifikan dari pemanasan hingga rotasi. di engsel dan mendistribusikan kembali kekuatan ke zona pendukung. Pada yang terakhir, peningkatan deformabilitas sendi plastis difasilitasi oleh beton yang dipanaskan. “Jika metode keseimbangan batas dapat diterapkan, maka tegangan sendiri (tersedia dalam bentuk tegangan dari suhu - catatan penulis) tidak mempengaruhi batas internal dan eksternal dari daya dukung struktur.” Ketika menghitung dengan metode keseimbangan batas, diasumsikan, untuk ini ada data eksperimen yang sesuai, bahwa dalam kebakaran di bawah aksi beban, pelat pecah menjadi tautan datar yang terhubung satu sama lain di sepanjang garis fraktur oleh engsel plastis linier. Penggunaan bagian dari daya dukung desain struktur dalam kondisi operasi normal sebagai beban jika terjadi kebakaran dan skema penghancuran pelat yang sama dalam kondisi normal dan dalam kasus kebakaran memungkinkan untuk menghitung batas ketahanan api. pelat dalam satuan relatif, tidak tergantung pada karakteristik geometri pelat dalam denah. Mari kita hitung ketahanan api pelat beton berat kelas kuat tekan B25 dengan kuat tekan standar 18,5 MPa pada 20 C. Tulangan kelas A400 dengan kekuatan tarik standar (20C) 391,3 MPa (4000 kg/cm2). Perubahan kekuatan beton dan tulangan selama pemanasan diambil sesuai dengan. Analisis fraktur pada strip panel yang terpisah dilakukan dengan asumsi bahwa pada strip panel yang dipertimbangkan, engsel plastis linier terbentuk sejajar dengan sumbu strip ini: satu engsel plastis linier pada bentang dengan bukaan retak dari bawah dan satu engsel plastis linier pada kolom dengan bukaan retak dari atas. Yang paling berbahaya jika terjadi kebakaran adalah retakan dari bawah, di mana pemanasan tulangan tarik jauh lebih tinggi daripada retakan dari atas. Perhitungan daya dukung R lantai secara keseluruhan jika terjadi kebakaran dilakukan sesuai dengan rumus:

Temperatur tulangan ini setelah 2,5 jam pembakaran adalah 503,5 C. Ketinggian zona tekan pada beton pelat di sendi plastis tengah (dalam persediaan tanpa memperhitungkan tulangan di zona tekan beton).

Mari kita tentukan kapasitas dukung yang dihitung yang sesuai dari lantai R3 dalam kondisi operasi normal untuk lantai dengan ketebalan 200 mm, dengan ketinggian zona tekan untuk engsel tengah pada xc = ; bahu pasangan bagian dalam Zc=15.8 cm dan tinggi zona tekan engsel kiri dan kanan = n=1.34 cm, bahu pasangan bagian dalam Zx=Zn=16,53 cm Daya dukung lantai yang dihitung R3 tebal 20 cm pada 20 C.

Dalam hal ini, tentu saja, persyaratan berikut harus dipenuhi: a) setidaknya 20% tulangan atas yang diperlukan pada tumpuan harus melewati tengah bentang; b) tulangan atas di atas tumpuan ekstrim dari sistem menerus dimulai pada jarak setidaknya 0,4 l dalam arah bentang dari tumpuan dan kemudian putus secara bertahap (l adalah panjang bentang); c) semua tulangan atas over dukungan menengah harus terus menuju bentang setidaknya 0,15 l.

KESIMPULAN

1. Untuk menilai batas ketahanan api dari lantai beton bertulang tanpa balok, perhitungan batas ketahanan apinya harus dilakukan menurut tiga tanda keadaan batas: kehilangan daya dukung R; hilangnya integritas E; hilangnya kemampuan isolasi panas I. Dalam hal ini, metode berikut dapat digunakan: kesetimbangan batas, pemanasan dan mekanika retak.
2. Perhitungan telah menunjukkan bahwa untuk objek yang ditinjau, untuk ketiga keadaan batas, batas ketahanan api pelat dengan ketebalan 200 mm yang terbuat dari beton kelas kuat tekan B25, diperkuat dengan kasa tulangan dengan sel 200x200 mm, baja A400 dengan ketebalan lapisan pelindung tulangan dengan diameter 16 mm pada permukaan bawah 33 mm dan diameter atas 12 mm - 28 mm tidak kurang dari REI 150.
3. Lantai beton bertulang tanpa balok ini dapat berfungsi sebagai penahan api, tipe pertama menurut.
4. Penilaian batas ketahanan api minimum dari lantai beton bertulang tanpa balok dapat dilakukan dengan menggunakan metode keseimbangan batas di bawah kondisi penanaman tulangan tarik yang cukup di tempat-tempat di mana sendi plastis terbentuk.

literatur

1. Petunjuk untuk menghitung batas sebenarnya dari ketahanan api dari struktur bangunan beton bertulang berdasarkan penggunaan komputer. – M.: VNIIPO, 1975.
2. GOST 30247.0-94. Struktur bangunan. Metode uji ketahanan api. M., 1994. - 10 hal.
3. SP 52-101-2003. Beton dan struktur beton bertulang tanpa tulangan prategang. - M.: FSUE TsPP, 2004. -54 hal.
4. SNiP-2.03.04-84. Beton dan struktur beton bertulang dirancang untuk beroperasi di bawah kondisi peningkatan dan suhu tinggi. - M.: CITP Gosstroy dari Uni Soviet, 1985.
5. Rekomendasi untuk menghitung batas ketahanan api beton dan struktur beton bertulang. – M.: Stroyizdat, 1979. – 38 hal.
6. SNiP-21-01-97* Keamanan kebakaran gedung dan struktur. GUP TsPP, 1997. - 14 hal.
7. Rekomendasi untuk perlindungan beton dan struktur beton bertulang dari patah getas dalam kebakaran. – M.: Stroyizdat, 1979. – 21 hal.
8. Rekomendasi untuk desain pelat lantai berongga dengan ketahanan api yang diperlukan. – M.: NIIZhB, 1987. – 28 hal.
9. Pedoman perhitungan struktur beton bertulang statis tak tentu. – M.: Stroyizdat, 1975. S.98-121.
10. Pedoman perhitungan ketahanan api dan keselamatan kebakaran struktur beton bertulang (MDS 21-2.000). – M.: NIIZhB, 2000. – 92 hal.
11. Gvozdev A.A. Perhitungan daya dukung struktur menggunakan metode kesetimbangan batas. Rumah penerbitan negara bagian sastra konstruksi. -M., 1949.

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 pasal 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 hilangnya kemampuan isolasi panas (180 menit) dan untuk hilangnya daya dukung (98 menit).

Kesimpulan : Batas ketahanan api pelat beton bertulang adalah REI 98

Penentuan batas ketahanan api struktur bangunan

Penentuan batas ketahanan api struktur beton bertulang

Data awal untuk pelat lantai beton bertulang diberikan pada 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) Berdasarkan Tabel 1.2.1.2 (Tabel 8 dari Buku Pegangan), kami menentukan batas ketahanan api pelat sesuai dengan kehilangan daya dukung pada a = 40 mm, untuk beton ringan bila ditopang 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 dengan 3 jam.Untuk menentukan batas ketahanan api digunakan metode interpolasi linier. Data diberikan dalam tabel 1.2.2.3