Остаточный прогиб после пожара

 

12.9 Во время пожара в изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементах при эксплуатационной нагрузке от температурного воздействия происходит развитие дополнительного прогиба из-за значительного нагрева растянутой арматуры и перепада температур по высоте сечения.

 

При пожаре прогиб элемента возникает вследствие воздействия нагрузки и температуры. При температурах нагрева арматуры до 350°С прогиб железобетонного элемента развивается, в основном, за счет температурных расширений арматуры и бетона у более нагреваемой поверхности. При нагреве свыше 350°С прогиб развивается преимущественно вследствие высокотемпературной ползучести арматуры.

 

После пожара в охлажденном состоянии прогиб от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента уменьшается (носит обратимый характер), и остаточный прогиб от нагрузки значительно больше, чем прогиб от нагрузки до пожара из-за снижения модуля упругости бетона и развития необратимых пластических деформаций арматуры при нагреве.

 

В охлажденном состоянии после пожара прочностные и упругопластические свойства бетона практически не восстанавливаются, а в арматуре происходит частичное восстановление прочности и полное восстановление упругости.

 

12.10 После пожара железобетонные элементы имеют трещины с нагреваемой стороны по всей длине пролета.

 

Для изгибаемых элементов постоянной высоты по длине, в пределах которой изгибаемый момент не меняет знак, кривизну допускается вычислять для наиболее напряженного сечения, принимая ее для остальных сечений изменяющейся пропорционально значению изгибаемого момента.

 

Для свободно опертых и консольных элементов максимальный прогиб допускается определять по формуле

 

, (12.4)

 

 

где s - коэффициент, зависящий от вида нагрузки и расчетной схемы элемента. При действии равномерно распределенной нагрузки: для свободно опертой балки s =5/48, для консольной балки s =1/4.

12.11 Кривизну изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов с трещинами в растянутой зоне определяют по формуле

 

, (12.5)

 

 

где - кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки, на которую производят расчет по деформациям;

- кривизна от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

- кривизна от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

 

- кривизна от температурной усадки бетона.

 

12.12 Кривизны железобетонных элементов от действия соответствующих нагрузок определяют по 8.2.25 СП 63.13330.2018.

 

12.13 Жесткость железобетонного элемента D на участке без трещин в растянутой зоне определяют по 8.2.26 СП 63.13330.2018.

 

В формуле (8.144) СП 63.13330.2018  коэффициент приведения растянутой и сжатой арматуры к бетону равен

 

. (12.6)

Модуль упругости бетона определяют по формуле

 

, (12.7)

 

 

где определяют по формуле (5.3), в которой коэффициент принимают по таблице 5.1 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести приведенного сечения.

В формуле (8.147) СП 63.13330.2018  при продолжительном действии нагрузок заменяют на , который определяют по формуле (5.4), принимая коэффициент по таблице 5.1 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести приведенного сечения.

 

12.14 Жесткость железобетонного элемента на участке с трещинами в растянутой зоне определяют по 8.2.27-8.2.31 СП 63.13330.2018.

 

Значения коэффициентов приведения арматуры к бетону по формулам (8.157) и (8.158) СП 63.13330.2018  принимают равными

 

для сжатой арматуры

 

; (12.8)

для растянутой арматуры

 

. (12.9)

Значение приведенного модуля деформации сжатого бетона определяют по температуре крайнего сжатого волокна бетона по формуле

 

. (12.10)

Значение коэффициента для изгибаемых элементов без учета арматуры допускается определять

 

, (12.11)

 

 

где прочность бетона на растяжение определяют по формуле (5.2) в зависимости от температуры нагрева бетона на уровне растянутой арматуры.

12.15 Кривизну элемента при остывании от температурной усадки неравномерно нагретого бетона во время пожара определяют по формуле

 

, (12.12)

 

 

где и - коэффициенты температурной усадки бетона, принимаемые по таблице 5.4 в зависимости от температуры бетона более и менее нагретой грани сечения, которая была при пожаре.

12.16 После пожара прогиб элемента является одним из критериев возможности дальнейшей эксплуатации конструкции. Для обеспечения огнесохранности расчетные значения остаточного прогиба после пожара не должны превышать предельно допустимых значений по СП 20.13330.

 

12.17 Положения по расчету остаточной прочности и остаточных прогибов применимы для поверочных расчетов при оценке технического состояния железобетонных конструкций после пожара по СП 329.1325800.

 

13 Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций

13.1 Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций, следует назначать с учетом физико-химических процессов и структурных изменений, происходящих в бетоне при высокотемпературном нагреве (рисунок 13.1).

 

 

 

1 - до 250°С - хрупкое взрывообразное разрушение поверхности бетона с влажностью >3,5%; 2 - от 250°С до 350°С - в бетоне образуются трещины от температурной усадки бетона; 3 - до 450°С - в бетоне образуются трещины, преимущественно, от разности температурных деформаций цементного камня и заполнителей; свыше 450°С - нарушение структуры бетона из-за дегидрации , когда свободная известь в цементном камне гасится влагой воздуха с увеличением объема; 4 - свыше 573°С - нарушение структуры бетона из-за модификационного превращения -кварца в -кварц в граните, сопровождающегося увеличением объема заполнителя; 5 - свыше 750°С - структура бетона полностью разрушена

 

Рисунок 13.1 - Нарушение структуры бетона после высокотемпературного нагрева

13.2 Огнесохранность железобетонной конструкции после пожара следует обеспечивать в соответствии с разделом 12.

 

При этом критическую температуру нагрева ненапрягаемой арматуры принимают не выше 400°С во избежание полной утраты сцепления арматуры с бетоном. Согласно опытным данным, при нагреве порядка 100°С сцепление арматуры периодического профиля с бетоном уменьшается почти на 30%, а при температуре 450°С сцепление нарушается полностью. Следовательно, толщину защитного слоя бетона следует назначать с учетом сохранности сцепления арматуры с бетоном.

 

13.3 При расчете огнесохранности следует учитывать частичное или полное восстановление прочностных свойств арматуры в зависимости от температуры нагрева при пожаре (коэффициенты условий работы арматуры в охлажденном состоянии после нагрева - в таблице 5.6).

 

В случае применения холоднодеформированной стержневой арматуры класса В500С современного способа производства необходимо учитывать, что в охлажденном состоянии после нагрева до 600°С и свыше ее физико-механические характеристики не восстанавливаются. Расположение стержневой арматуры класса В500 в сечениях железобетонных элементов должно исключать ее нагрев при пожаре свыше 500°С.

 

13.4 Для обеспечения огнесохранности предварительно напряженных железобетонных конструкций необходимо ограничивать нагрев предварительно напряженной арматуры не более 100°С для исключения потерь предварительного напряжения.

 

13.5 В железобетонных изгибаемых плитных конструкциях следует предусматривать поперечное конструктивное армирование хомутами и поперечными стержнями, предотвращающее выпучивание (выход из плоскости) нижней продольной арматуры в случае обрушения защитного слоя бетона при пожаре.

 

13.6 Проектирование железобетонных конструкций с учетом требования огнесохранности следует производить с учетом мероприятий по защите от хрупкого разрушения бетона при пожаре.

 

13.7 В жестких конструктивных схемах высотных зданий из монолитного железобетона (статически неопределимые конструкции) конструирование изгибаемых элементов следует производить на основе результатов расчетов остаточной прочности опорных зон из условия недопущения образования опорных пластических шарниров, т.к. образование опорных пластических шарниров в одном изгибаемом элементе приводит к изменению конструктивной схемы всего здания в целом.

 

14 Табличные данные и конструктивные требования для обеспечения огнестойкости статически определимых конструкций

14.1 Данные в таблицах 14.1-14.8, содержащие минимально допустимые значения размеров сечений и расстояний от оси арматуры до обогреваемых поверхностей элементов (толщины защитных слоев) для обеспечения нормируемых пределов огнестойкости, приведены для статически определимых конструкций и должны быть не менее значений по СП 63.13330.

 

Таблицы составлены на основе опытных данных. При соблюдении требований табличных данных расчеты огнестойкости статически определимых конструкций могут не производиться.

 

Табличные данные не следует применять для статически неопределимых конструкций, для которых необходимо проведение расчетной оценки огнестойкости.

 

14.2 Значения параметров таблиц 14.1-14.5, 14.7 применяют для несущих железобетонных конструкций при действии полных нормативных нагрузок с соотношением длительно действующей части нагрузки к полной нагрузке , равным 1. Если это отношение равно 0,3, то табличное значение предела огнестойкости увеличивается в 2 раза. Для промежуточных значений предел огнестойкости принимается по линейной интерполяции.

 

14.3 Минимальные расстояния до оси арматуры и размеры элементов для обеспечения требуемого предела огнестойкости конструкций зависят от вида бетона. Теплопроводность легких бетонов на 10%-20% и бетонов на крупном карбонатном заполнителе на 5%-10% меньше, чем теплопроводность тяжелого бетона на силикатном заполнителе. С учетом теплопроводности бетонов разных видов, расстояния до оси арматуры для конструкций из легкого бетона или из тяжелого бетона с карбонатным заполнителем может быть принято меньшим, чем для конструкций из тяжелого бетона на силикатном заполнителе при одинаковом пределе огнестойкости выполненных из этих бетонов конструкций.

 

Значения параметров таблиц 14.1-14.3, 14.5, 14.7 и 14.8, применимы для железобетонных конструкций из бетона на крупном заполнителе из силикатных пород, а также плотного силикатного бетона классов по прочности на сжатие до В40 включительно. Минимальные размеры поперечного сечения и расстояния от оси арматуры до поверхности изгибаемого элемента могут быть уменьшены:

 

- на 10% - для железобетонных конструкций из бетонов на карбонатном заполнителе;

 

- на 20% - для конструкций из легких бетонов плотностью 1200 кг/м ;

 

- на 30% - для изгибаемых конструкций из легких бетонов плотностью 800 кг/м  и керамзитоперлитобетона плотностью 1200 кг/м .

 

14.4 На рисунках 14.1 и 14.2 приведены расстояния от обогреваемой поверхности до оси арматуры и геометрические параметры сечений применительно к таблицам 14.1-14.5, 4.7.*

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

 

 

 

Рисунок 14.1 - Обозначения расстояний до оси арматуры

 

 

Рисунок 14.2 - Расстояния до оси арматуры

В случае расположения арматуры на разных уровнях сечения железобетонного элемента, среднее расстояние до оси арматуры a определяется с учетом площадей (, ,..., ) и соответствующих им расстояний до осей (, ,..., ) арматуры, измеренных от ближайшей нагреваемой (нижней или боковой) поверхности элемента, по формуле

 

. (14.1)

Колонны

 

14.5 В таблице 14.1 приведены значения геометрических параметров железобетонных колонн из тяжелого и легкого бетонов при четырехстороннем и одностороннем нагреве: минимальная ширина b и расстояние а от нагреваемой поверхности до оси арматуры. При одностороннем нагреве размер b относится только к колоннам, нагреваемая поверхность которых находится на одном уровне со стеной, или для части колонны, выступающей из стены. Предполагается, что в стене отсутствуют отверстия вблизи колонны в направлении минимального размера b.

 

Для колонн сплошного круглого сечения в качестве размера b следует принимать их диаметр.

 

Колонны с параметрами, приведенными в таблице 14.1, имеют внецентренно приложенную нагрузку или нагрузку со случайным эксцентриситетом при армировании колонн не более 3% поперечного сечения бетона, за исключением стыков. При коэффициенте армирования колонны более 3% табличные данные не применяют - необходим расчет огнестойкости.

 

Предел огнестойкости железобетонных колонн с дополнительным армированием в виде сварных поперечных сеток, установленных с шагом не более 250 мм, следует принимать по таблице 14.1, с учетом повышающего коэффициента 1,5.

 

Таблица 14.1

Вид бетона	Вид огневого воздействия	Ширина b колонны и	Минимальное значение параметра, мм, колонны при пределе огнестойкости, мин
		расстояние a до оси арматуры	30	60	90	120	150	180
Тяжелый	С четырех	b	150	200	240	300	400	450
	сторон	a	10	25	35	40	50	50
	С одной	b	100	120	140	160	200	240
	стороны	a	10	25	35	40	40	40
Легкий	С четырех	b	150	160	190	240	320	360
( 1,2	сторон	a	10	25	35	40	40	40
т/м )	С одной стороны	b	100	100	115	130	160	190
		a	10	25	35	40	40	40

 

Стены

 

14.6 Для несущих сплошных железобетонных стен значения предела огнестойкости, толщины стены и расстояния а до оси арматуры приведены в таблице 14.2 и применимы к центрально- и внецентренно сжатым стенам при условии расположения суммарной силы в средней трети ширины поперечного сечения стены. При этом отношение высоты стены к ее толщине должно быть 20.

 

Для стеновых панелей с платформенным опиранием при толщинах не менее 14 см значения пределов огнестойкости следует принимать по таблице 14.2, умножая их на коэффициент 1,5.

 

Таблица 14.2

Вид бетона	Толщина и расстояние а	Минимальное значение параметра стены, мм, при пределе огнестойкости, мин
	до оси арматуры	30	60	90	120	150	180
Тяжелый		100	120	140	160	200	240
	a	10	15	20	30	30	30
Легкий		100	100	115	130	160	190
( 1200 кг/м )	a	10	15	20	30	30	30

 

Огнестойкость ребристых стеновых панелей должна определяться по толщине плитной части. Ребра должны быть связаны с плитой хомутами. Минимальные размеры ребер и расстояния до осей арматуры в ребрах должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к балкам (таблицы 14.3 и 14.4).

 

Предел огнестойкости наружных стен из двухслойных панелей, состоящих из ограждающего слоя толщиной не менее 24 см из крупнопористого керамзитобетона классов В2-В2,5 ( 600...900 кг/м ) и несущего слоя толщиной не менее 10 см, с напряжениями сжатия в нем не более 5 МПа, составляет 180 мин.

 

При применении в стеновых панелях или перекрытиях сгораемого утеплителя, необходимо предусматривать защиту этого утеплителя по периметру несгораемым материалом.

 

Предел огнестойкости стен из трехслойных панелей, состоящих из двух ребристых железобетонных плит и утеплителя из несгораемых или трудносгораемых минераловатных или фибролитовых плит, при общей толщине поперечного сечения 25 см составляет не менее 180 мин.

 

Предел огнестойкости наружных ненесущих и самонесущих стен из трехслойных сплошных панелей (ГОСТ 31310), состоящих из наружного (толщиной не менее 50 мм) и внутреннего бетонных армированных слоев и среднего слоя из сгораемого утеплителя (пенополистирола марки ПСБ по ГОСТ 15588) составляет не менее 60 мин при общей толщине поперечного сечения 15...22 см. Предел огнестойкости для аналогичных несущих стен с соединением слоев металлическими связями при общей толщине 25 см, с внутренним несущим слоем из армированного бетона класса В15 с напряжениями сжатия в нем не более 2,5 МПа и толщиной 10 см или В25 с напряжениями сжатия в нем не более 10 МПа и толщиной 14 см, составляет 150 мин.

 

Предел распространения огня по этим конструкциям равен нулю.

 

Балки

 

14.7 Для статически определимых свободно опертых балок при трехстороннем воздействии пожара значения пределов огнестойкости, ширины балок b и расстояния до оси арматуры а, (рисунок 14.3) приведены для тяжелого бетона в таблице 14.3 и для легкого бетона ( 1200 кг/м ) - в таблице 14.4.

 

 

 

Рисунок 14.3 - Геометрические параметры и расстояния до оси арматуры в балке

Таблица 14.3

Предел огнестойкости, мин	Ширина балки b и расстояние a до оси арматуры	Минимальное значение параметра балки из тяжелого бетона, мм				Минимальное значение ширины ребра , мм
30	b	80	120	160	200	80
	a	25	15	10	10
60	b	120	160	200	300	100
	a	40	35	30	25
90	b	150	200	280	400	100
	a	55	45	40	35
120	b	200	240	300	500	120
	a	65	55	50	45
150	b	240	300	400	600	140
	a	80	70	65	60
180	b	280	350	500	700	160
	a	90	80	75	70

 

Таблица 14.4

Предел огнестойкости, мин	Ширина балки b и расстояние a до оси арматуры	Минимальное значение параметра балки, мм, из легкого бетона ( 1200 кг/м )				Минимальное значение ширины ребра , мм
30	b	80	120	160	200	80
	a	25	15	10	10	-
60	b	100	160	200	300	80
	a	40	30	25	20	-
90	b	120	200	280	400	80
	a	55	40	35	30	-
120	b	160	240	300	500	100
	a	65	50	40	35	-
150	b	190	300	400	600	115
	a	80	65	55	50	-
180	b	225	350	500	700	130
	a	90	75	65	55	-

 

При нагреве балок с одной стороны соответствия между значениями геометрических размеров и пределов огнестойкости принимаются по таблице 14.5 как для плит.

 

Для балок с наклонными сторонами ширина b должна измеряться по центру тяжести растянутой арматуры (рисунок 14.3).

 

При определении предела огнестойкости отверстия в полках балки могут не учитываться, если оставшаяся площадь поперечного сечения в растянутой зоне не меньше 2 .

 

Для предотвращения откалывания бетона в ребрах балок расстояние между хомутом и поверхностью должно быть не более 0,2 ширины ребра.

 

Минимальное расстояние от поверхности элемента до оси любого стержня арматуры должно быть не менее указанного в таблице 14.3 для предела огнестойкости 30 мин и не менее половины а.

 

При пределе огнестойкости 120 мин и более на свободно опертых двутавровых балках с расстоянием между центрами тяжести полок более 120 см должны быть предусмотрены концевые утолщения, равные ширине балки.

 

Для двутавровых балок, у которых отношение ширины полки к ширине стенки (рисунок 14.3) больше 2, в ребре балки необходимо устанавливать поперечную арматуру. При отношении 1,4 расстояние до оси арматуры должно быть увеличено до . При 3 таблицы 14.3 и 14.4 применять нельзя.

 

В балках с большими перерезывающими усилиями, воспринимаемыми хомутами, установленными около наружной поверхности элемента, расстояние а (таблицы 14.3 и 14.4) относится также к хомутам при условии их расположения в зонах, где расчетное значение растягивающих напряжений больше 0,1 прочности бетона на сжатие.

 

Предел огнестойкости балок из армополимербетона на основе фурфуролацетонового мономера с геометрическими параметрами: b =160 мм и a =45 мм, 25 мм и армированных сталью класса А-III, равен 60 мин.

 

Плиты

 

14.8 Для свободно опертых плит предел огнестойкости, толщина плит t, расстояние до оси арматуры a приведены в таблице 14.5.

 

Таблица 14.5

Вид бетона, параметры плиты и вид опирания		Толщина t плиты и расстояние	Минимальное значение параметра плиты, мм, при пределе огнестойкости, мин
		a до оси арматуры	15	30	60	90	120	150	180
Тяжелый	Толщина плиты	t	30	50	80	100	120	140	155
	Опирание по двум сторонам или по контуру при 1,5	a	10	15	25	35	45	60	70
	Опирание по контуру 1,5	a	10	10	10	15	20	30	40
Легкий	Толщина плиты	t	30	40	60	75	90	105	120
1200 кг/м	Опирание по двум сторонам или по контуру при 1,5	a	10	10	20	30	40	50	55
	Опирание по контуру 1,5	a	10	10	10	10	15	25	30

 

Минимальная толщина t плиты обеспечивает требование предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I. Засыпки, стяжки и пол из негорючих материалов включаются в общую толщину плиты и способствуют повышению ее предела огнестойкости. Сгораемые изоляционные слои, уложенные на цементную подготовку, не снижают предел огнестойкости плит.

 

Эффективная толщина многопустотной плиты для обеспечения нормируемого предела огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты за вычетом площадей пустот на ее ширину.

 

Пределы огнестойкости многопустотных и ребристых с ребрами вверх панелей и настилов следует принимать по таблице 14.5, умножая их на коэффициент 0,9.

 

Пределы огнестойкости по прогреву двухслойных плит из легкого и тяжелого бетонов (при расположении бетона со стороны огневого воздействия) и необходимые толщины слоев приведены в таблице 14.6.

 

Таблица 14.6

Вид бетона	Толщина слоев	Минимальное значение параметра плиты, мм, при пределе огнестойкости, мин
	двухслойной плиты из легкого и из тяжелого бетона	30	60	90	120	150	180
Тяжелый		20	25	35	40	50	60
		25	35	45	55	55	55
Легкий ( 1200 кг/м )		25	40	50	60	70	80
		20	20	30	30	30	30

 

В случае расположения всей арматуры в одном уровне, расстояние от боковой поверхности плиты до оси арматуры должно быть не менее толщины слоя, приведенного в таблицах 14.3 и 14.4.

 

Растянутые элементы

 

14.9 Для растянутых элементов ферм и арок с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой, нагреваемых со всех сторон, минимальные значения ширины b поперечного сечения и расстояния a до оси арматуры при различных пределах огнестойкости приведены в таблице 14.7.

 

Полная площадь поперечного сечения бетона элемента должна быть не менее , где определяют по таблице 14.7.

 

Таблица 14.7

Вид бетона	Ширина b поперечного	Минимальные значения параметров растянутых элементов, мм, при пределе огнестойкости, мин
	сечения и расстояние a до оси арматуры	30	60	90	120	150	180
Тяжелый	b	80	120	150	200	240	280
	a	25	40	55	65	80	90
Легкий ( 1200 кг/м )	b	80	120	150	200	240	280
	a	25	35	45	55	65	70

 

Ненесущие перегородки

 

14.10 Предел огнестойкости ненесущих бетонных и железобетонных перегородок и их минимальная толщина приведены в таблице 14.8. При этом минимальная толщина перегородок гарантирует, что температура на необогреваемой поверхности бетонного элемента в среднем повысится не более чем на 160°С и не превысит 220°С при воздействии стандартного температурного режима пожара. При определении следует учитывать дополнительные огнезащитные покрытия и штукатурки согласно 11.4.

 

Таблица 14.8

Вид бетона	Минимальные значения толщины перегородки, мм, при пределе огнестойкости, мин
	15	30	45	60	90	120	150	180
Тяжелый	30	50	60	70	90	105	120	130
Легкий ( 1200 кг/м )	30	35	45	55	65	75	85	95
Ячеистый ( 800 кг/м )	-	-	-	-	-	-	75	80

 

14.11 При проектировании железобетонных конструкций с применением табличных данных следует учитывать возможность хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре и, в случае необходимости, предусматривать мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре (раздел 9).

 

Приложение А

 

 Температуры прогрева сечений железобетонных плит, стен при воздействии стандартного температурного режима пожара

Теплотехническим расчетом определены температуры прогрева по сечениям плит и стен из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м , влажностью до 2,5%-3,0%, на силикатном и карбонатном заполнителях, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400-1600 кг/м , влажностью до 5%.

 

Температура прогрева на уровне оси арматуры (рисунки А.1 -А.6) принимается по температуре прогрева бетона на расстоянии от нагреваемой поверхности до оси арматуры.

 

Предел огнестойкости по потере несущей способности устанавливают по точке пересечения горизонтальной прямой на уровне критической температуры бетона с кривой прогрева слоя бетона толщиной от обогреваемой поверхности до оси растянутой арматуры.

 

Предел огнестойкости многопустотных и ребристых плит с ребрами вверх следует определять как для сплошных плит с коэффициентом 0,9.

 

Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе монолитных железобетонных плит по профилированному настилу общей толщиной 200 мм указаны на рисунках А.7  и А.8.