Файл: 4. 2 Расчет фактического предела огнестойкости железобетонной колонны в осях.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 6
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
4.2 Расчет фактического предела огнестойкости железобетонной колонны в осях
Металлическая колонна, пролетом l =7 м. Сечение двутавр №36 по ГОСТ 8239 (горячекатанный с уклоном граней полок). Двутавр изготовлен из стали С 245 (Rуп=245 МПа, табл. 51* СНиП II-23-81). Нагрузка на колонну – Nн = 330 кН.
Геометрические характеристики сечения двутавра № 36 по ГОСТ 8239
Двутавр колонный 40К14
Параметр | Обозначение | Размерность | Значение |
Номинальные размеры | |||
высота двутавра | h | мм | 548 |
ширина полки | b | мм | 395 |
толщина стенки | s | мм | 59 |
толщина полки | t | мм | 95 |
высота стенки двутавра (в свету между полками) | hw | мм | 358 |
свес полки | bw | мм | 168 |
радиус сопряжения | r | | 22 |
Номинальная площадь поперечного сечения | FH | см2 | 965,87 |
Номинальная масса 1 двутавра | m | кг | 758,20 |
Справочные данные для осей профиля | |||
| lx | см4 | 414486,60 |
| Wx | см3 | 15127,30 |
| Sx | см3 | 9480,79 |
| ix | мм | 207,15 |
| ly | см4 | 98243,26 |
| Wy | см3 | 4974,34 |
| Sy | см3 | 3868,52 |
| iy | мм | 100,85 |
Для определения фактического предела огнестойкости рассматриваемой конструкции, определим температурный коэффициент снижения сопротивления стали:
,
где – максимальный изгибающий момент от нормативной нагрузки, Н•м;
– нормативное сопротивление стали по пределу текучести, Па;
W – момент сопротивления сечения, м3;
C – коэффициент развития пластических деформаций.
.
.2*(а*д)+(h*д)
A= 2 (36 1,6)+(36 1,6)=172,8 см
Определяем прочностные характеристики материалов:
(4.15)
МПа,
где: Rsn – нормативное сопротивление арматурной стали сжатию (табл. 19 [10] или п. 3.1.2. [5]);
а=0,9 – коэффициент надежности по материалу для арматуры [12], [11].
Rbn = 11 МПа (табл. 12 [10] или п. 3.2.1 [5]);
Rbu = Rbn / 0.83
Rbu = 13,15 МПа,
где: Rит – нормативное сопротивление (призменная прочность) бетона осевому сжатию (табл. 12 [10]);
а=0,83 – коэффициент надежности по материалу для бетона [11].
Определяем теплофизические характеристики бетона (п. 3.2.3. [5]):
t = 1,2 – 0,00035 723 = 0,95 Вт/м К;
сt = 710 + 0,84 723 = 1344,32 Дж/кг К;
(4.16)
м2/с.
Определим площадь арматурных стержней (п. 3.1.1. [5]):
Аs = 3214 мм2 = 3214 10-6 м2.
Для расчета Nt = f () задаемся интервалами времени 1 = 0 ч; 1 = 1 ч; 1 = 2 ч.
Вычисляем Nt при 1 = 0 ч.
Nt,0 = t (Rbu b h + Rsu As) (4.17)
Nt,0 = 0,87(13,25 0,4 0,4 + 655,6 3214 10-6) = 3,78 МН,
где: t = 0,87 (п. 3.2.10. [5]) при l0/b = 6,9/0,4 = 17,2.
Вычисляем Nt при 2 = 1 ч, предварительно решив теплотехническую часть задачи огнестойкости
, т.е. определив температуру арматурных стержней и размеры ядра поперечного сечения колонны.
Определим критерий Фурье:
(4.18)
,
где К = 37,2 с0,5 (п. 3.2.8. [5]).
Определим относительное расстояние:
(4.19)
,
где х = у = 0,5h – a – 0.5d = 0.5 ∙ 0,4 – 0,034 – 0,5 ∙ 0,032 = 0,15 м.
Определяем относительную избыточную температуру (п. 3.2.4. [5]):
Θх = Θу = 0,76.
Тогда tx=0,16,y=0 = ty=0,16,x=0 = 1250 – (1250 – tн)Θ = 1250 – (1250 – 20)0,76 = 315˚С.
Определяем температуру арматурных стержней (с учетом всестороннего обогрева колонны):
(4.20)
˚С,
где tВ = 925˚С (п.3.1.3. [5]) или tВ = 345lg (0.133 τ + 1) + tH;
С использованием п.3.1.5. [5] интерполяцией определяем γst = 0.79.
Для определения размеров ядра поперечного сечения необходимо определить ξя,х , предварительно вычислив температуру в центре «ядра»:
tx=0 = ty=0 = 1250 – (1250 – tн)Θц;
Величину Θц определяем по п.3.2.5. [5] при Fox / 4 = 0.021 / 4 = 0.0053; Θц = 1;
tx=0 = ty=0 = 1250 – (1250 – 20)1.0 = 20˚С.
Определяем относительную температуру на границе «ядра» поперечного сечения колонны:
(4.21)
,
где tbcr = 500˚С при < 4 (п.3.2.6. [5]).
По графику (п.3.2.4. [5]) при Fo,x = 0.021 и Θя,х = 0,61 определяем ξя,х = 0,19.
Определяем размеры «ядра» поперечного сечения:
(4.22)
м.
Определяем несущую способность колонны через 2 = 1 ч:
Nt,τ = φt (RbuAя + RsuAsγst) (4.23)
Nt,τ = 0,83(13,25 ∙ 0,36 ∙ 0,36 + 655,6·3214 ∙ 10-6 ∙ 0,79) = 2,78 МН,
где φt = 0,83, т.к. l0 / bя = 6,9 / 0,36 = 19,1.
Для интервала времени 3 = 2 ч:
; (4.24)
ξ = 0,3;
Θх = Θу = 0,64;
tx=0,16 = ty=0,16 = 1250 – (1250 – 20) 0,64 = 461˚С;
˚С;
γst = 0.14 (п.3.1.5. [5], табл. 1.2. [12]);
Fox / 4 = 0.43 / 4 = 0.01075; Θц = 0,995;
tx=0 = ty=0 = 1250 – (1250 – 20) 0,9985 = 21˚С;
.
По графику (п. 3.2.4. [5]) при Fo,x = 0.043 и Θя,х = 0,62 определяем ξя,х = 0,27.
м;
Nt,2 = 0,79(13,25 ∙ 0,32 ∙ 0,32 + 655,6·3214 ∙ 10-6 ∙ 0,14) = 1,3 МН,
где φt = 0,79, т.к. l0 / bя = 6,9 / 0,32 = 21,56.
Для определения фактического предела огнестойкости строим график изменения несущей способности колонны от времени нагрева (прил.1 рис. 8) при:
τ1 = 0 Nt1 = 3,68 МН;
τ2 = 1 ч Nt2 = 2,8 МН;
τ1 = 2 ч Nt3 = 1,3 МН.
По графику (прил.1 рис. 8) фактический предел огнестойкости
Пф = 1,6 ч.