DO PYTANIA OBLICZANIA PŁYT BEZBELKOWYCH NA ODPORNOŚĆ OGNIOWĄ

DO PYTANIA OBLICZANIA PŁYT BEZBELKOWYCH NA ODPORNOŚĆ OGNIOWĄ

W.W. Żukow, V.N. Ławrow

Artykuł został opublikowany w publikacji „Beton i żelbet – sposoby zagospodarowania. Prace naukowe II Ogólnorosyjskiej (Międzynarodowej) konferencji na temat betonu i żelbetu. 5-9 września 2005 Moskwa; W 5 tomach. NIZhB 2005, Tom 2. Sprawozdania z sekcji. Rozdział „Konstrukcje żelbetowe budynków i budowli”, 2005.”

Rozważ obliczenie granicy odporności ogniowej stropu bezbelkowego na przykładzie, który jest dość powszechny w praktyce budowlanej. Strop żelbetowy bezbelkowy ma grubość 200 mm z betonu klasy B25 ściskanego, wzmocniony siatką o oczkach 200x200 mm ze zbrojenia klasy A400 o średnicy 16 mm z warstwą ochronną 33 mm (do środka grawitacja zbrojenia) na dolnej powierzchni podłogi i A400 o średnicy 12 mm z warstwą ochronną 28 mm (do c.t.) na górnej powierzchni. Odległość między kolumnami wynosi 7m. W rozważanym budynku strop jest barierą ogniową pierwszego typu i musi mieć granicę odporności ogniowej dla utraty zdolności izolacyjności cieplnej (I), szczelności (E) i nośność(R) REI 150. Ognioodporność stropu na podstawie istniejących dokumentów można określić tylko na podstawie grubości warstwy ochronnej (R) dla konstrukcji statycznie wyznaczalnej, grubości stropu (I) i, jeśli to możliwe , kruche pęknięcie w ogniu (E). Jednocześnie obliczenia I i E dają dość poprawną ocenę, a nośność stropu w przypadku pożaru jako konstrukcji statycznie niewyznaczalnej można określić tylko poprzez obliczenie stanu naprężenia termicznego, stosując teorię sprężysto- plastyczność żelbetu podczas nagrzewania lub teoria metody granicznej równowagi konstrukcji pod działaniem obciążeń statycznych i termicznych w czasie pożaru. Ta ostatnia teoria jest najprostsza, ponieważ nie wymaga wyznaczania naprężeń od obciążenia statycznego i temperatury, a jedynie sił (momentów) od działania obciążenia statycznego, z uwzględnieniem zmian właściwości betonu i zbrojenia podczas ogrzewanie, aż plastikowe zawiasy pojawią się w statycznie nieokreślonej strukturze, gdy zamienia się w mechanizm. W tym zakresie oceny nośności stropu bezbelkowego na wypadek pożaru dokonano według metody równowagi granicznej, w jednostkach względnych do nośności stropu w normalnych warunkach eksploatacyjnych. Przejrzano i przeanalizowano rysunki wykonawcze budynku, wykonano obliczenia granic odporności ogniowej stropu żelbetowego bezbelkowego na pojawienie się znaków stanów granicznych znormalizowanych dla tych konstrukcji. Obliczenia granic odporności ogniowej dla nośności wykonuje się z uwzględnieniem zmiany temperatury betonu i zbrojenia dla 2,5 godziny standardowych testów. Wszystkie charakterystyki termodynamiczne i fizyczno-mechaniczne materiałów budowlanych podane w niniejszym raporcie zostały zaczerpnięte z danych VNIIPO, NIIZHB, TsNIISK.

ODPORNOŚĆ OGNIOWA GRANICA UTRATY ZDOLNOŚCI IZOLACJI TERMICZNEJ (I)

W praktyce nagrzewanie konstrukcji określa się na podstawie obliczeń różnic skończonych lub elementów skończonych za pomocą komputera. Przy rozwiązywaniu problemu przewodności cieplnej uwzględnia się zmiany właściwości termofizycznych betonu i zbrojenia podczas nagrzewania. Obliczenia temperatur w konstrukcji w standardowym reżimie temperaturowym przeprowadza się w warunkach początkowych: temperatura konstrukcji i środowiska zewnętrznego wynosi 20C. Temperatura otoczenia tc podczas pożaru zmienia się w zależności od czasu w zależności od . Przy obliczaniu temperatur w konstrukcjach bierze się pod uwagę konwekcyjne Qc i promieniste Qr przenikania ciepła pomiędzy ogrzewanym medium a powierzchnią. Obliczenia temperatur można przeprowadzić wykorzystując warunkową grubość rozpatrywanej warstwy betonu Xi* z nagrzanej powierzchni. Aby określić temperaturę w betonie, oblicz

Określmy ze wzoru (5) rozkład temperatury na grubości stropu po 2,5 godzinach pożaru. Określmy wzorem (6) grubość posadzki, jaka jest niezbędna do osiągnięcia temperatury krytycznej 220°C na jej nieogrzewanej powierzchni w ciągu 2,5 godziny. Ta grubość wynosi 97 mm. Dlatego zakładka o grubości 200 mm będzie miała granicę odporności ogniowej dla utraty zdolności izolacyjności cieplnej co najmniej 2,5 godziny.

OGRANICZENIE ODPORNOŚCI OGNIOWEJ NA UTRATĘ PŁYTY PODŁOGOWEJ (E)

W przypadku pożaru w budynkach i konstrukcjach, w których stosowane są konstrukcje betonowe i żelbetowe, możliwe jest kruche pękanie betonu, co prowadzi do utraty integralności konstrukcyjnej. Zniszczenie następuje nagle, szybko i dlatego jest najbardziej niebezpieczne. Kruche pękanie betonu rozpoczyna się z reguły po 5-20 minutach od początku uderzenia pożaru i objawia się odpryskiem nagrzanej powierzchni konstrukcji z kawałków betonu, w wyniku czego może powstać otwór przelotowy w struktura, tj konstrukcja może osiągnąć przedwczesną odporność ogniową poprzez utratę integralności (E). Kruchym niszczeniu betonu może towarzyszyć efekt dźwiękowy w postaci lekkiego trzasku, trzasków o różnym natężeniu lub „eksplozji”. W przypadku kruchego pękania betonu fragmenty o wadze do kilku kilogramów można rozrzucić na odległość do 10–20 m. filtracja pary przez konstrukcję betonową. Kruche pękanie betonu podczas pożaru zależy od struktury betonu, jego składu, wilgotności, temperatury, warunków brzegowych i obciążenia zewnętrznego tj. zależy to zarówno od materiału (beton), jak i rodzaju konstrukcji betonowej lub żelbetowej. ocena odporności ogniowej posadzka żelbetowa utratę integralności można przeprowadzić za pomocą wartości kryterium kruchego pękania (F), które określa wzór podany w:

STRATY STRATY GRANICA ODPORNOŚCI NA OGIEŃ (R)

Zgodnie z nośnością odporność ogniową sufitu określa się również na podstawie obliczeń, co jest dozwolone. Inżynieria cieplna i problemy statyczne zostały rozwiązane. W termotechnicznej części obliczeń rozkład temperatury na grubości płyty jest określany przy standardowym narażeniu termicznym. W statycznej części obliczeń określa się nośność płyty na wypadek pożaru trwającego 2,5 h. Warunki obciążenia i podparcia są przyjmowane zgodnie z projektem budynku. Kombinacje obciążeń do obliczania granicy odporności ogniowej są uważane za specjalne. W takim przypadku dopuszczalne jest nieuwzględnianie obciążeń krótkotrwałych i uwzględnienie tylko stałych i tymczasowych długotrwałych obciążeń standardowych. Obciążenia płyty w przypadku pożaru określa się zgodnie z metodą NIIZhB. Jeżeli obliczona nośność płyty wynosi R w normalnych warunkach eksploatacyjnych, to obliczona wartość obciążenia wynosi P = 0,95 R. Standardowe obciążenie w przypadku pożaru wynosi 0,5R. Obliczeniowe nośności materiałów do obliczania granic odporności ogniowej są akceptowane ze współczynnikiem niezawodności 0,83 dla betonu i 0,9 dla zbrojenia. Granica odporności ogniowej żelbetowych płyt stropowych zbrojonych zbrojeniem prętowym może wystąpić z powodów, które należy wziąć pod uwagę: poślizg zbrojenia na podporze, gdy warstwa kontaktowa betonu i zbrojenia nagrzewa się do temperatury krytycznej; pełzanie i pękanie zbrojenia, gdy zbrojenie jest podgrzewane do temperatury krytycznej. W rozpatrywanym budynku stosuje się stropy żelbetowe monolityczne, których nośność w przypadku pożaru określa się metodą równowagi granicznej, z uwzględnieniem zmian właściwości fizycznych i mechanicznych betonu oraz zbrojenia podczas nagrzewania. Niezbędna jest niewielka dygresja dotycząca możliwości zastosowania metody równowagi granicznej do obliczenia granicy odporności ogniowej konstrukcji żelbetowych w warunkach narażenia termicznego podczas pożaru. Według danych „dopóki obowiązuje metoda równowagi granicznej, granice nośności są całkowicie niezależne od rzeczywistych powstających naprężeń własnych, a w konsekwencji od takich czynników jak odkształcenia termiczne, przemieszczenia podpór, itp." Ale jednocześnie należy wziąć pod uwagę spełnienie następujących warunków wstępnych: elementy konstrukcyjne nie powinny być kruche przed osiągnięciem etapu granicznego, samonaprężenia nie powinny wpływać na warunki graniczne elementów. W konstrukcjach żelbetowych te przesłanki możliwości zastosowania metody równowagi granicznej są zachowane, ale do tego konieczne jest, aby nie dochodziło do poślizgu zbrojenia w miejscach powstawania przegubów plastycznych i pękania kruchego elementów konstrukcyjnych do momentu osiągnięcia stanu granicznego. osiągnięty. W przypadku pożaru największe nagrzewanie się płyty stropowej obserwuje się od dołu w strefie maksymalnego momentu, gdzie z reguły powstaje pierwszy przegub plastyczny z dostatecznym zakotwieniem zbrojenia rozciąganego z jego znaczną odkształcalnością od nagrzewania do obrotu w zawiasie i redystrybuować siły do ​​strefy podparcia. W tym ostatnim zwiększeniu odkształcalności zawiasu plastycznego ułatwia nagrzany beton. „Jeżeli można zastosować metodę równowagi granicznej, to samonaprężenia (dostępne w postaci naprężeń od temperatury – przyp. autora) nie wpływają na wewnętrzną i zewnętrzną granicę nośności konstrukcji.” Przy obliczaniu metodą równowagi granicznej zakłada się, dla tego istnieją odpowiednie dane doświadczalne, że podczas pożaru pod działaniem obciążenia płyta rozpada się na płaskie ogniwa połączone ze sobą wzdłuż linii pęknięć za pomocą liniowych przegubów plastycznych. Wykorzystanie części nośności obliczeniowej konstrukcji w normalnych warunkach eksploatacyjnych jako obciążenia w przypadku pożaru i ten sam schemat zniszczenia płyty w normalnych warunkach i w przypadku pożaru umożliwia obliczenie granicy odporności ogniowej płyty w jednostkach względnych, niezależnie od cech geometrycznych płyty w rzucie. Oblicz odporność ogniową ciężkiej płyty betonowej o klasie wytrzymałości na ściskanie B25 o standardowej wytrzymałości na ściskanie 18,5 MPa w temperaturze 20 C. Pręt zbrojeniowy klasy A400 o standardowej wytrzymałości na rozciąganie (20C) 391,3 MPa (4000 kg/cm2). Zmiany wytrzymałości betonu i zbrojenia podczas ogrzewania są przyjmowane zgodnie z. Analizę pękania wydzielonego pasa płyt wykonuje się przy założeniu, że w rozpatrywanym pasie płyt równolegle do osi tego pasa ukształtowane są liniowe przeguby plastyczne: jeden liniowy przegub plastyczny w przęśle z pęknięciem otwierającym się od dołu i jeden liniowy przegub plastyczny przy kolumnach z otworem szczelinowym od góry. Najbardziej niebezpieczne w przypadku pożaru są pęknięcia od dołu, gdzie nagrzewanie się zbrojenia rozciągającego jest znacznie wyższe niż w pęknięciach od góry. Obliczenie nośności R stropu jako całości w przypadku pożaru przeprowadza się według wzoru:

Temperatura tego zbrojenia po 2,5 h pożaru wynosi 503,5 C. Wysokość strefy ściskanej w betonie płyty w przegubie plastycznym środkowym (w magazynie bez uwzględniania zbrojenia w strefie ściskanej betonu).

Określmy odpowiednią obliczoną nośność stropu R3 w normalnych warunkach eksploatacyjnych dla stropu o grubości 200 mm, przy wysokości strefy ściskanej dla przegubu środkowego równej xc = ; ramię pary wewnętrznej Zc=15,8 cm i wysokość strefy ściskania zawiasów lewego i prawego Хс = Хn=1,34 cm, ramię pary wewnętrznej Zx=Zn=16,53 cm Nośność obliczeniowa stropu R3 o grubości 20 cm w 20°C.

W tym przypadku oczywiście muszą być spełnione następujące wymagania: a) co najmniej 20% zbrojenia górnego wymaganego na podporze powinno przechodzić przez środek rozpiętości; b) zbrojenie górne nad skrajnymi podporami układu ciągłego rozpoczyna się w odległości co najmniej 0,4 lw kierunku przęsła od podpory, a następnie stopniowo odrywa (l to długość przęsła); c) całe górne zbrojenie nad podpory pośrednie powinien być kontynuowany w kierunku przęsła o co najmniej 0,15 l.

WNIOSKI

1. Aby ocenić granicę odporności ogniowej stropu żelbetowego bezbelkowego, należy przeprowadzić obliczenia jego granicy odporności ogniowej według trzech znaków stanów granicznych: utrata nośności R; utrata integralności E; utrata izolacyjności cieplnej I. W tym przypadku można zastosować metody: równowagi granicznej, nagrzewania i mechaniki pęknięć.
2. Obliczenia wykazały, że dla rozpatrywanego obiektu, dla wszystkich trzech stanów granicznych, granica odporności ogniowej płyty o grubości 200 mm wykonanej z betonu o klasie wytrzymałości na ściskanie B25, zbrojonego siatką wzmacniającą o komórkach 200x200 mm, stal A400 o grubość warstwy ochronnej zbrojenia o średnicy 16 mm na dolnej powierzchni 33 mm i górnej średnicy 12 mm - 28 mm jest nie mniejsza niż REI 150.
3. Ten żelbetowy strop bezbelkowy może służyć jako bariera przeciwpożarowa, według pierwszego typu.
4. Ocenę minimalnej granicy odporności ogniowej stropu żelbetowego bezbelkowego można przeprowadzić metodą równowagi granicznej pod warunkiem dostatecznego osadzenia zbrojenia rozciąganego w miejscach, w których powstają zawiasy plastyczne.

Literatura

1. Instrukcja obliczania rzeczywistych granic odporności ogniowej żelbetowych konstrukcji budowlanych w oparciu o wykorzystanie komputerów. – M.: VNIIPO, 1975.
2. GOST 30247.0-94. Konstrukcje budowlane. Metody badań odporności ogniowej. M., 1994. - 10 s.
3. SP 52-101-2003. Konstrukcje betonowe i żelbetowe bez zbrojenia sprężającego. - M.: FSUE TsPP, 2004. -54 s.
4. SNiP-2.03.04-84. Konstrukcje betonowe i żelbetowe przeznaczone do pracy w warunkach podwyższonej i wysokie temperatury. - M .: CITP Gosstroy ZSRR, 1985.
5. Zalecenia dotyczące obliczania granic odporności ogniowej konstrukcji betonowych i żelbetowych. – M.: Stroyizdat, 1979. – 38 s.
6. SNiP-21-01-97* Bezpieczeństwo pożarowe budynków i budowli. GUP TsPP, 1997. - 14 s.
7. Zalecenia dotyczące ochrony konstrukcji betonowych i żelbetowych przed kruchym pękaniem w wyniku pożaru. – M.: Stroyizdat, 1979. – 21 s.
8. Zalecenia dotyczące projektowania płyt stropowych kanałowych o wymaganej odporności ogniowej. – M.: NIIZhB, 1987. – 28 s.
9. Wytyczne do obliczania statycznie niewyznaczalnych konstrukcji żelbetowych. – M.: Stroyizdat, 1975. S.98-121.
10. Wytyczne obliczania odporności ogniowej i bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji żelbetowych (MDS 21-2.000). – M.: NIIZhB, 2000. – 92 s.
11. Gvozdev A.A. Obliczanie nośności konstrukcji metodą równowagi granicznej. Państwowe wydawnictwo literatury budowlanej. - M., 1949.

Tabela 2.18

Gęstość betonu lekkiego? = 1600 kg/m3 z kruszywem keramzytowym grubym, płyty z okrągłymi pustkami, 6 szt., podpora płyty - wolna, z obu stron.

1. Określmy efektywną grubość płyty kanałowej teff do oceny granicy odporności ogniowej pod względem izolacyjności cieplnej zgodnie z pkt 2.27 Poradnika:

gdzie jest grubość płyty, mm;

• - szerokość płyty, mm;
• - liczba pustek, szt.;
• - średnica pustej przestrzeni, mm.
• 2. Ustalamy zgodnie z tabelą. 8 Uwzględnienie odporności ogniowej płyty na utratę izolacyjności cieplnej płyty z ciężkiego elementu betonowego o efektywnej grubości 140 mm:

Granica odporności ogniowej płyty na utratę izolacyjności cieplnej

3. Określ odległość od nagrzanej powierzchni płyty do osi zbrojenia prętowego:

gdzie jest grubość betonowej warstwy ochronnej, mm;

• - średnica zbrojenia roboczego, mm.
• 4. Zgodnie z tabelą. 8 Naddatki określają granicę odporności ogniowej płyty przez utratę nośności przy a = 24 mm, dla ciężkiego betonu i przy podparciu z dwóch stron.

Pożądana granica odporności ogniowej mieści się w zakresie od 1 godziny do 1,5 godziny, określamy ją metodą interpolacji liniowej:

Granica odporności ogniowej płyty bez współczynników korekcyjnych wynosi 1,25 godziny.

• 5. Zgodnie z punktem 2.27 Poradnika do określenia granicy odporności ogniowej płyt kanałowych stosuje się współczynnik redukcyjny równy 0,9:
• 6. Całkowite obciążenie płyty wyznaczamy jako sumę obciążeń stałych i tymczasowych:
• 7. Określ stosunek długo działającej części obciążenia do pełnego obciążenia:

8. Współczynnik korygujący dla obciążenia zgodnie z paragrafem 2.20 Poradnika:

• 9. Zgodnie z punktem 2.18 (część 1 a) Świadczenia, akceptujemy współczynnik? dla okuć A-VI:
• 10. Określamy granicę odporności ogniowej płyty, biorąc pod uwagę współczynniki dla obciążenia i dla zbrojenia:

Granica odporności ogniowej płyty pod względem nośności wynosi R 98.

Dla granicy odporności ogniowej płyty przyjmujemy mniejszą z dwóch wartości - dla utraty izolacyjności cieplnej (180 min) i dla utraty nośności (98 min).

Wniosek: granica odporności ogniowej płyty żelbetowej wynosi REI 98

Wyznaczanie granic odporności ogniowej konstrukcji budowlanych

Wyznaczanie granicy odporności ogniowej konstrukcji żelbetowych

Wstępne dane dla żelbetowej płyty stropowej podano w tabeli 1.2.1.1

Rodzaj betonu - beton lekki o gęstości c = 1600 kg/m3 z grubym kruszywem keramzytowym; płyty są wielootworowe, z okrągłymi pustkami, ilość pustych przestrzeni wynosi 6 szt., płyty są podparte z dwóch stron.

1) Efektywna grubość płyty kanałowej teff do oceny granicy odporności ogniowej pod względem izolacyjności cieplnej zgodnie z paragrafem 2.27 Instrukcji do SNiP II-2-80 (Odporność ogniowa):

2) Ustalamy zgodnie z tabelą. 8 Uwzględnienie odporności ogniowej płyty na utratę izolacyjności cieplnej płyty z betonu lekkiego o grubości efektywnej 140 mm:

Granica odporności ogniowej płyty wynosi 180 min.

3) Określ odległość od nagrzanej powierzchni płyty do osi zbrojenia prętowego:

4) Zgodnie z Tabelą 1.2.1.2 (Tabela 8 Poradnika) określamy granicę odporności ogniowej płyty na podstawie utraty nośności przy a = 40 mm, dla betonu lekkiego przy podparciu z dwóch stron.

Tabela 1.2.1.2

Granice odporności ogniowej płyt żelbetowych

Pożądana granica odporności ogniowej to 2 godziny lub 120 minut.

5) Zgodnie z punktem 2.27 Poradnika do określenia granicy odporności ogniowej płyt kanałowych stosuje się współczynnik redukcyjny równy 0,9:

6) Całkowite obciążenie płyt określamy jako sumę obciążeń stałych i tymczasowych:

7) Określ stosunek długo działającej części obciążenia do pełnego obciążenia:

8) Współczynnik korygujący dla obciążenia zgodnie z paragrafem 2.20 Poradnika:

9) Zgodnie z punktem 2.18 (część 1 b) Świadczenia przyjmujemy współczynnik dla wzmocnienia

10) Określamy granicę odporności ogniowej płyty, biorąc pod uwagę współczynniki dla obciążenia i dla zbrojenia:

Granica odporności ogniowej płyty pod względem nośności wynosi

Na podstawie wyników uzyskanych w trakcie obliczeń uzyskaliśmy, że granica odporności ogniowej płyty żelbetowej w zakresie nośności wynosi 139 minut, a w zakresie izolacyjności cieplnej 180 minut. Konieczne jest przyjęcie najmniejszej granicy odporności ogniowej.

Wniosek: granica odporności ogniowej płyty żelbetowej REI 139.

Wyznaczanie granic odporności ogniowej słupów żelbetowych

Rodzaj betonu - beton ciężki o gęstości c = 2350 kg/m3 z dużym kruszywem skał węglanowych (wapień);

Tabela 1.2.2.1 (Tabela 2 Poradnika) przedstawia wartości rzeczywistych granic odporności ogniowej (POf) słupów żelbetowych o różnych charakterystykach. W tym przypadku POf określa nie grubość betonowej warstwy ochronnej, ale odległość od powierzchni konstrukcji do osi roboczego pręta zbrojeniowego (), która obejmuje oprócz grubości warstwy ochronnej , również połowa średnicy roboczego pręta zbrojeniowego.

1) Wyznacz odległość od nagrzanej powierzchni słupa do osi zbrojenia prętowego według wzoru:

2) Zgodnie z paragrafem 2.15 Instrukcji dla konstrukcji z betonu z kruszywem węglanowym wielkość Przekrój dopuszczalne jest zmniejszenie o 10% przy tej samej granicy odporności ogniowej. Wtedy szerokość kolumny określa wzór:

3) Zgodnie z Tabelą 1.2.2.2 (Tabela 2 Poradnika) wyznaczamy granicę odporności ogniowej dla słupa z betonu lekkiego o parametrach: b = 444 mm, a = 37 mm gdy słup jest ogrzewany ze wszystkich stron.

Tabela 1.2.2.2

Granice odporności ogniowej słupów żelbetowych

Pożądana granica odporności ogniowej wynosi od 1,5 godziny do 3 h. Aby określić granicę odporności ogniowej, stosujemy metodę interpolacji liniowej. Dane podano w tabeli 1.2.2.3