- •А.М. Зайцев, м.Д. Грошев огнестойкость и огнезащита строительных конструкций
- •Введение
- •1. Последствия воздЕйСтвия пожаров на строительные конструкции и материалы
- •1.1. Статистика пожаров в Российской Федерации и последствий огневого воздействия на строительные конструкции и материалы
- •Контрольные вопросы
- •2. Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций и зданий
- •2.1. Пожарная опасность строительных материалов
- •2.1.1. Горючесть строительных материалов
- •2.1.2. Воспламеняемость горючих материалов
- •2.1.3. Распространение пламени по поверхности материалов
- •2.1.4. Дымообразующая способность горючих строительных материалов
- •2.1.5. Токсичность строительных материалов
- •2.2. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций и зданий
- •2.2.1. Классификация строительных конструкций по огнестойкости
- •2.2.2. Классификация строительных конструкций по классу пожарной опасности
- •2.2.3. Классификация зданий по степени огнестойкости
- •2.2.4. Классификация зданий по конструктивной пожарной опасности
- •2.2.5. Классификация зданий по функциональной пожарной опасности
- •2.2.6. Категорирование производственных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
- •Контрольные вопросы
- •3. Последовательность нормативного обеспечения пРоТивопожарной защиты проектируемого здания
- •Контрольные вопросы
- •4.1.2. Расчетное определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций
- •5.2. Расчет несущей способности бетонных и железобетонных конструкций при воздействии стандартного пожара
- •5.3. Примеры расчета
- •6.2. Расчет температуры прогрева металлических конструкций при воздействии пожара
- •6.3. Методика расчета предела огнестойкости огнезащищенных металлических конструкций при стандартном и экстремальном температурных режимах пожаров
- •6.4. Примеры расчета
- •Контрольные вопросы
- •7.2. Решение прочностной задачи огнестойкости для деревянных конструкций
- •7.3. Примеры расчета
- •8.2. Аналитическое решение задачи с использованием метода перехода от граничных условий третьего рода к граничным условиям первого рода со стороны огневого воздействия
- •8.3. Построение расчетной номограммы
- •8.4. Методика расчета предела огнестойкости ограждающих конструкций с учетом реальных условий теплообмена на ограждающих поверхностях
- •8.5. Анализ расчетной номограммы и методики расчета
- •8.6. Построение расчетных номограмм для температурных режимов, пропорциональных стандартному пожару
- •8.7. Методика расчета предела огнестойкости ограждающих конструкций с учетом реальных условий теплообмена на обеих поверхностях
- •8.8. Примеры расчета
- •Контрольные вопросы
- •9. Способы повышения предела огнестойкости строительных конструкций
- •9.1. Повышение предела огнестойкости железобетонных конструкций
- •9.2. Огнезащита металлических конструкций
- •9.2.1. Способы повышения предела огнестойкости металлических конструкций
- •9.2.2. Огнезащитные материалы для стальных конструкций
- •9.3. Огнезащита элементов деревянных конструкций и их узлов
- •9.3.1. Пожароопасные свойства деревянных конструкций
- •9.3.2. Огнезащитная пропитка древесины
- •9.3.3. Снижение горючести древесных материалов с помощью покрытий
- •9.3.4. Огнезащитные материалы для древесины
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение 1 Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения
- •Приложение 2 Требования норм и правил к огнестойкости зданий, сооружений и строительных конструкций
- •Приложение 3 теплофизические характеристики строительных материалов
- •1. Последствия воздЕйСтвия пожаров на строительные конструкции и материалы 6
- •2. Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций и зданий 12
- •7. Расчет пределов огнестойкости деревянных 74
- •8. Расчет предела огнестойкости ограждающих 84
- •9. Способы повышения предела огнестойкости 100
- •Огнестойкость и огнезащита строительных конструкций
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
5.2. Расчет несущей способности бетонных и железобетонных конструкций при воздействии стандартного пожара
Справочные данные, необходимые для расчета несущей способности бетонных и железобетонных конструкций в рассматриваемых условиях, приведены в разд. 5.1.
При расчете несущей способности бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать изменение механических свойств бетона и арматуры в зависимости от их температуры прогрева в результате воздействия пожара, определенной расчетом (см. разд. 5.1), а также возможное изменение расчетной схемы предельного равновесия вследствие температурных деформаций самой конструкции.
Расчетные сопротивления сжатию и растяжению бетона и и арматуры и для расчета огнестойкости определяются делением нормативных сопротивлений, приведенных в СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции», на соответствующие коэффициенты надежности – по бетону , по арматуре .
При расчете несущей способности элементов в условиях пожара расчетные сопротивления бетона и арматуры для расчета огнестойкости умножаются соответственно на коэффициенты условий работы при пожаре бетона и арматуры . Значения коэффициентов и в зависимости от температуры прогрева материала определяются из табл. 5.6, 5.7, 5.8.
Таблица 5.6
Значения коэффициента условий работы при пожаре различных бетонов
в зависимости от температуры бетона
Бетон |
Средняя плотность бетона, ρ, кг/м3 |
Коэффициент условий работы бетона, , при температуре бетона, 0С |
||||||||
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
||
Тяжелый бетон с крупным заполнителем из силикатных пород |
2350 |
1,0 |
0,85 |
0,95 |
0,85 |
0,70 |
0,55 |
0,35 |
0,20 |
0,05 |
То же, из карбонатных пород |
2350 |
1,0 |
0,90 |
1,0 |
0,90 |
0,75 |
0,60 |
0,40 |
0,25 |
0,06 |
Окончание табл. 5.6
Бетон |
Средняя плотность бетона, ρ, кг/м3 |
Коэффициент условий работы бетона, , при температуре бетона, 0С |
||||||||
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
||
Легкий бетон с крупным заполнителем из керамзита |
1600 |
1,0 |
0,95 |
1,0 |
0,90 |
0,75 |
0,65 |
0,65 |
0,55 |
0,40 |
Керамзитоперлитобетон |
1200 |
1,0 |
0,92 |
0,83 |
0,74 |
0,65 |
0,55 |
0,47 |
0,37 |
0,28 |
Таблица 5.7
Значение коэффициента условий работы при пожаре стержневой арматуры
различных классов в зависимости от температуры арматуры
Класс стержневой арматуры |
Коэффициент условий работы стержневой арматуры, , при температуре арматуры, 0С |
|||||||||
|
400 |
450 |
500 |
550 |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
|
A-I |
1,0 |
1,0 |
0,80 |
0,65 |
0,50 |
0,35 |
0,23 |
0,15 |
0,05 |
0 |
A-II |
1,0 |
1,0 |
0,90 |
0,70 |
0,50 |
0,35 |
0,23 |
0,15 |
0,05 |
0 |
A-IIв |
1,0 |
1,0 |
0,80 |
0,60 |
0,40 |
0,25 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
0 |
A-III |
1,0 |
1,0 |
0,95 |
0,75 |
0,60 |
0,45 |
0,30 |
0,15 |
0,10 |
0,05 |
A-IIIв |
1,0 |
1,0 |
0,90 |
0,65 |
0,45 |
0,35 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
0 |
A-IV |
1,0 |
0,95 |
0,80 |
0,65 |
0,50 |
0,35 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
0 |
A-V |
1,0 |
0,95 |
0,80 |
0,60 |
0,40 |
0,25 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
0 |
Aт-IV |
1,0 |
0,9 |
0,70 |
0,50 |
0,30 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
0 |
Aт-V |
||||||||||
Aт-VI |
1,0 |
0,8 |
0,55 |
0,40 |
0,30 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
0,03 |
0 |
Aт-VII |
Таблица 5.8
Значения коэффициента условий работы при пожаре, , арматуры
различных классов в зависимости от температуры арматуры
Класс арматуры |
Коэффициент условий работы арматуры, , при температуре арматуры, 0С |
||||||||||
|
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 |
550 |
600 |
650 |
|
B-I, Bp-I |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,95 |
0,85 |
0,65 |
0,50 |
0,30 |
0,15 |
0,05 |
0 |
B-II, Bp-II, K-7 |
1,0 |
0,95 |
0,85 |
0,75 |
0,65 |
0,53 |
0,40 |
0,30 |
0,20 |
0,10 |
0,05 |
А-УI |
1,0 |
0,95 |
0,90 |
0,85 |
0,75 |
0,70 |
0,60 |
0,45 |
0,30 |
0,20 |
0,05 |
Изменение модулей упругости бетона и арматуры при пожаре учитывается путем их умножения соответственно на коэффициенты и в зависимости от температуры прогрева материала (табл. 5.9, 5.10).
Таблица 5.9
Значение модуля упругости различных бетонов
в зависимости от температуры бетона
Бетон |
Коэффициент снижения модуля упругости бетона, , при температуре бетона, 0С |
||||||||
50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
Тяжелый |
1,0 |
0,80 |
0,60 |
0,40 |
0,35 |
0,30 |
0,25 |
0,15 |
0,10 |
Легкий |
1,0 |
1,0 |
0,90 |
0,75 |
0,62 |
0,50 |
0,41 |
0,32 |
0,27 |
Таблица 5.10
Значение модуля упругости арматуры в зависимости
от температуры нагрева
Арматура |
Коэффициент снижения модуля упругости арматуры, , при температуре, 0С |
|||||||
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
|
Горячекатаная стержневая, проволочная |
0,96 |
0,90 |
0,88 |
0,83 |
0,78 |
0,73 |
0,63 |
0,50 |
Термически и термомеханически упрочненная |
1,0 |
0,96 |
0,92 |
0,85 |
0,71 |
0,40 |
- |
- |
Допускается принимать для коэффициента условий работы при пожаре бетона упрощенную аппроксимацию:
при , (5.33)
при .
Это соответствует допущению о том, что бетон, прогретый до температуры, не превышающей критическую, не снижает своей прочности, а при нагреве до температуры выше критической полностью выключается из работы.
Предварительное напряжение арматуры в железобетонных конструкциях полностью теряется при ее прогреве до .
Значения критических температур прогрева бетонов при пожаре приведены в табл. 5.11.
Таблица 5.11
Значения критической температуры нагрева при пожаре сжатых бетонов
Бетон |
Критическая температура нагрева сжатого бетона, 0С |
Тяжелый бетон с крупным заполнителем из силикатных пород |
500 |
То же, с крупным заполнителем из карбонатных пород |
600 |
Для изгибаемых свободно опирающихся железобетонных плит, при воздействии пожара снизу, потеря несущей способности конструкции происходит в основном за счет уменьшения сопротивления растянутой арматуры при ее прогреве. При расчете можно пренебречь прогревом сжатой зоны бетона и сжатой арматуры.
Для сплошной, свободно опирающейся по двум противоположным сторонам плиты высоту сжатой зоны бетона при разрушении по нормальному сечению от момента М определяют по формуле
. (5.34)
Значение коэффициента условий работы при пожаре арматуры при выполнении условия х > 2а определяется по формуле
. (5.35)
Если условие х > 2а' не выполняется, расчет ведется без учета сжатой арматуры плиты.
При отсутствии сжатой арматуры в плите значение коэффициента условий работы при пожаре арматуры определяется по формуле
. (5.36)
В зависимости от класса арматуры по табл. 5.7 и 5.8 определяют значение критической температуры нагрева этих арматур при пожаре как функции коэффициента .
По критической температуре прогрева арматуры при пожаре, для данного типа конструкций, можно определить предел огнестойкости конструкции по признаку R – потере несущей способности, используя результаты расчета температуры прогрева арматуры при пожаре (см. разд. 5.1). Также можно использовать справочную информацию о прогреве сплошных бетонных плит (см. рис.5.1), учитывая толщину защитного слоя бетона, обеспечивающего требуемый предел огнестойкости конструкции.
Предел огнестойкости многопустотных свободно опирающихся плит перекрытий и покрытий по признаку R – потере несущей способности, можно принимать как для аналогичных сплошных плит с коэффициентом 0,9.
Несущая способность центрально сжатых железобетонных колонн, подвергаемых воздействию пожара с четырех сторон, вычисляется по формуле
. (5.37)
Коэффициент продольного изгиба центрально сжатых колонн квадратного сечения находят по табл. 5.12 в зависимости от расчетной длины колонны и от размера стороны рабочего (не поврежденного пожаром) сечения . Расчетную длину принимают: при шарнирном закреплении обоих концов ; при полном защемлении обоих концов ; при полном защемлении одного конца и шарнирно подвижном закреплении другого .
Таблица 5.12
Значение коэффициента продольного изгиба для сжатых железобетонных элементов, подвергаемых воздействию пожара
Вид бетона |
Коэффициент продольного изгиба, , при |
|||||||||
≤8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
26 |
30 |
|
Тяжелый |
1,0 |
0,98 |
0,96 |
0,93 |
0,89 |
0,85 |
0,81 |
0,77 |
0,68 |
0,59 |
Легкий |
1,0 |
0,96 |
0,90 |
0,84 |
0,78 |
0,73 |
0,67 |
0,61 |
0,51 |
0,41 |
Решение прочностной задачи огнестойкости в общем случае сводится к определению момента времени воздействия пожара τ, при котором будет выполняться условие
, (5.38)
где – несущая способность конструкции на момент времени воздействия пожара; – соответственно максимальный изгибающий момент, продольное усилие от нормативных нагрузок.