Расчет фактического предела огнестойкости железобетонных конструкций

Расчет фактического предела огнестойкости деревянной балки покрытия

Определять требования к балке по огнестойкости будем расчетным методом с учетом действующей на балку нормативной нагрузки.

Нормативная нагрузка на 1 погонный метр длины балки:

q_n = q × a_б / g_f = 4.8 × 3 / 1,2 = 12 кН/ м.

В случае, если не известна длина балки, на которой произошло обрушение связей l_рс или l_рс = 0,5 ∙ L, то кНм, в противном случае кНм.

Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии l_pc:

кНм.

Поперечная сила от нормативной нагрузки:

кН.

От действия силы Q_n в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения.

Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям:

,

где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный:

W = В_б × h ² / 6 = 120 × 720² / 6 = 10.38 × 10⁶ мм³ = 10.38 × 10^{-3 м3};

R_fw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, равное 29 МПа (п. 2.1. [5] для сорта древесины 1).

Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (s_n = R_fw), при действии нормальных напряжений.

По монограмме п.2.3.1 [5] для числа обогреваемых сторон 3,

h / В_б = 720 / 120 = 6 и h_w = 0,224 определяем, что:

z_crw = 0,25 × В_б = 0,25 × 120 = 30 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии).

Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям:

,

где R_fqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, равное 1,2 МПа (п. 2.1. [5]для сорта древесины 1).

Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (s_n = R_fqs), при действии касательных напряжений.

По монограмме п.2.3.2 [5] для числа обогреваемых сторон 3,

h / В_б = 720 / 120 = 6 и h_w = 0,8 определяем, что

z_crа = 0,025 h = 0,025 × 720 = 18 мм.

Из двух значений, z_crw и z_crа, выбираем наименьшее, таким образом

z_cr = 18 мм.

Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния конструкции по огнестойкости:

t_cr = z_cr / u = 18 / 0,6 = 30 мин,

где u - скорость обугливания древесины, равная для сечения 720х120 мм и клееной древесины 0,6 мм / мин (п.2.2 [5]).

Фактический предел огнестойкости и фактический предел распространения пламени по балке составляют:

П_ф = t_зо + t_cr = 5 + 30 = 35 мин = 0,58 ч,

где t_зо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от начала воздействия температуры на древесину до ее воспламенения, равное 5 мин ([7] стр 21).

l_доп > 25 см для незащищенной древесины [8], что будет соответствовать в соответствии с табл. 1 [4] фактическому классу пожарной опасности конструкций К3.

Поперечный разрез второго пожарного отсека здания, схема связей каркаса, общий вид и поперечный разрез балки, а также технические решения, обеспечивающие огнезащиту опорного узла балки и узлов соединения элементов связей с балкой представлены на рис. 3 - 5 прил.2.

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.