6 Теплотехнический расчет железобетонных конструкций

6.1 Для определения предела огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать распределение температур по бетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного пожара. Согласно положениям #M12291 9055247ÃÎÑÒ 30247.1#S температура стандартного пожара изменяется в зависимости от времени огневого воздействия и выражается уравнением:

, (6.4)

ãäå - время нагрева, мин;

- начальная температура, °С.

При начальной температуре 20 °С по уравнению (6.4) температура среды поднимается в зависимости от времени огневого воздействия (табл.6.1).

Таблица 6.1

#G0Время, мин.	, °Ñ
5	576
10	679
15	738
20	781
25	810
30	841
40	885
50	915
60	945
70	970
80	990
90	1000
100	1025
110	1035
120	1049
150	1082
180	1110
210	1133
240	1153
270	1170
300	1186

6.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения элемента в заданный момент времени. Функциональная зависимость температуры от времени описывается дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье при нелинейных граничных условиях и сложном процессе тепло- и массопереноса.

Алгоритм расчета представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы ее узлы располагались не только в толщине сечения, но и по его периметру, а также в центре стержней для конструкций с гибкой арматурой, и по длине полок и стенки в середине их толщины для конструкций с жесткой арматурой. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0,01-0,03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.

6.3 Для теплотехнического расчета железобетонных элементов рекомендуется принимать:

коэффициент теплопроводности тяжелого бетона:

на силикатном заполнителе:

, Âò/(ì·°Ñ); (6.2)

на карбонатном заполнителе:

, Âò/(ì·°Ñ); (6.3)

для конструкционного керамзитобетона:

, Âò/(ì·°Ñ); (6.4)

коэффициент теплоемкости:

для тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителях:

, êÄæ/(êã·°Ñ); (6.5)

для конструкционного керамзитобетона:

, êÄæ/(êã·°Ñ). (6.6)

Приведенный коэффициент температуропроводности:

, ì/÷, (6.7)

ãäå è- расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона при 450 °С;

- плотность сухого бетона, кг/м;

- весовая эксплуатационная влажность бетона, кг/кг.

В элементах с жесткой арматурой, у которых наблюдается перепад температуры по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры, необходимо учитывать теплопроводность стали. Коэффициент теплопроводности стали равен:

, Âò/(ì·°Ñ). (6.8)

Коэффициент теплоемкости стали равен:

, êÄæ/(êã·°Ñ). (6.9)

6.4 Для наиболее часто применяемых в строительстве железобетонных конструкций (плит, стен, балок, колонн) были проведены теплотехнические расчеты распределения температур в бетоне поперечного сечения элемента при одно-, двух-, трех- и четырехстороннем нагреве в зависимости от длительности воздействия стандартного пожара.

Теплотехническому расчету были подвергнуты железобетонные конструкции из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м, влажностью до 2,5-3% на силикатном и карбонатном заполнителе, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400-1600 кг/мс влажностью до 5% (см. приложения А и Б).