Расчет фактического предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия

Расчет фактического предела огнестойкости железобетонных конструкций

Как правило, предел огнестойкости железобетонной конструкции достигается в результате потери ею несущей способности (обрушения) за счет снижения прочности (температурной ползучести) арматурной стали и бетона при нагревании - достижения первого предельного состояния по огнестойкости [9], либо вследствие потери (утраты) теплоизолирующей способности (прогрева конструкции выше допустимой температуры) - второе предельное состояние конструкции; по огнестойкости, а также в результате потери (утраты) сплошности (целостности, плотности [9]) ограждающей конструкции - третье предельное состояние конструкции по огнестойкости.

Для самонесущих и несущих железобетонных конструкций (конструкций наружных стен, плит покрытия, балок, ферм, колонн) пределы огнестойкости определяют по потере несущей способности.

При определений пределов огнестойкости строительных конструкций в общем случае необходимо решить две части задачи: теплотехническую и статическую. Теплотехническая часть имеет целью определить температуры по сечению конструкции во время воздействия на нее стандартного температурного режима.

В статической части вычисляют изменение несущей способности (прочности) нагретой конструкции с учетом изменения свойств бетона и арматуры при высоких температурах - общая расчетная схема. Затем строят график изменения несущей способности конструкции во времени. Время нагрева конструкции, по истечение которого несущая способность снизится до величины нормативной (рабочей) нагрузки, является пределом ее огнестойкости.

Для решения статической части задачи форму поперечного сечения железобетонной плиты перекрытия с круглыми пустотами (прил. 2 рис. 6.) приводим к расчетной тавровой.

Определим изгибающий момент в середине пролета от действия нормативной нагрузки и собственного веса плиты:

Нм,

где q^/_n – нормативная нагрузка на 1 погонный метр плиты, равная:

Н/м.

Расстояние от нижней (обогреваемой) поверхности панели до оси рабочей арматуры составит:

мм,

где d – диаметр арматурных стержней, мм.

Среднее расстояние составит:

мм,

где А – площадь поперечного сечения арматурного стержня (п. 3.1.1. [5]), мм².

Определим основные размеры расчетного таврового поперечного сечения панели:

- ширина: b_f = b = 1,49 м;

- высота: h_f = 0,5 (h - ÆП) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 мм;

- расстояние от не обогреваемой поверхности конструкции до оси арматурного стержня h_o = h – a = 220 – 15 = 205 мм.

Определяем прочностные и теплофизические характеристики бетона:

- нормативное сопротивление по пределу прочности R_bn = 11.0 МПа (табл. 12 [10] или п. 3.2.1 [5] для бетона класса В15);

- коэффициент надежности g_b = 0,83 [11];

- расчетное сопротивление бетона по пределу прочности R_bu = R_bn /g_b = 11.0 / 0,83 = 13.3 МПа;

- коэффициент теплопроводности l_t = 1,2 – 0,00035 Т_ср = 1,2 – 0,00035 723 = 0.95 Вт м^-1К^-1 (п. 3.2.3. [5]),

где Т_ср – средняя температура при пожаре, равная 723 К;

- удельная теплоемкость С_t = 710 + 0,84 Т_ср = 710 + 0,84 · 723 = 1317.32 Дж кг^-1 К^-1 (п. 3.2.3. [5]);

- приведенный коэффициент температуропроводности:

м²с^-1;

- коэффициенты, зависящие от средней плотности бетона К = 39 с^0,5 и К₁ = 0,5 (п.3.2.8, п.3.2.9. [5]).

Определяем высоту сжатой зоны плиты:

мм.

Определяем напряжение в растянутой арматуре от внешней нагрузки:

так как х_t = 1 мм < h_f = 30,5 мм, то

МПа,

где As – суммарная площадь поперечного сечения арматурных стержней в растянутой зоне поперечного сечения конструкции, равная для 6 стержней Æ10 мм 417 мм² (п. 3.1.1. [5]).

Определим критическое значение коэффициента изменения прочности арматурной стали:

,

где R_su – расчетное сопротивление арматуры по пределу прочности, равное:

R_su = R_sn / g_s = 590 / 0,9 = 665.56 МПа (здесь g_s – коэффициент надежности для арматуры, принимаемый равным 0,9 [11]);

R_sn – нормативное сопротивление арматуры по пределу прочности, равное 590 МПа (табл. 19 [10] или п. 3.1.2 [5]).

Получили, что g_stcr ˂ 1.

По таблице п. 3.1.5. [5] с помощью линейной интерполяции определяем, что для арматуры класса А-IV, марки стали 14 Г2 и g_stcr = 0,65

t_stcr = 500°C.

Время прогрева арматуры до критической температуры для плиты сплошного поперечного сечения будет являться фактическим пределом огнестойкости.

с = 0,78 ч,

где Х – аргумент функции ошибок Гаусса (Крампа), равный 0,64 (п.3.2.7. [5]) в зависимости от величины функции ошибок Гаусса (Крампа), равной:

(здесь t_н – температура конструкции до пожара, принимаем равной 20°С).

Фактический предел огнестойкости плиты перекрытия с круглыми пустотами составит:

П_ф = t × 0,9 = 0,78 × 0,9 = 0,702 ч,

где 0,9 – коэффициент, учитывающий наличие в плите пустот.

Так как бетон – негорючий материал, то, очевидно, фактический класс пожарной опасности конструкции К0.