Файл: Ильин, Н. А. Огнестойкость железобетонных и каменных конструкций лекции для студентов специальностей ПГС и СХС.pdf

Колонны и стойки, выполненные из гранита, при нагревании разрушаются с поверхности пластинками небольшой толщины. При температуре выше 400° С цвет гранита изменяется. Трещины на поверхности гранита появляются при 650°С и выше.

Конструкции из известняка противостоят действию высоких температур лучше, чем из гранита. Конструкции из пористого известняка (ракушечник, туф и др.) при равных условиях более огнестойки, чем из плотного известняка. Однако в результате взаимодействия конструкций из известняка, нагретых до темпе­ ратуры 850—900° С, с водой происходит гашение образовавшей­ ся свободной извести и ее отслаивание.

5.2. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

На величину предела огнестойкости изгибаемых железобетон­ ных элементов и на их поведение при огневом воздействии су­ щественно влияет схема их опирания.

1. Статически определимые изгибаемые элементы. Разруше­ ние статически определимых изгибаемых элементов железобе­ тонных конструкций при огневом воздействии начинается в мо­ мент образования пластического шарнира (точка 0, рис. 10) при наступлении критической температуры в рабочей арматуре.

При достижении в растянутой стержневой арматуре крити­ ческой температуры предел текучести (предел прочности) ее снижается до величины рабочих (действующих) напряжений, и вследствие этого появляются необратимые деформации (проги­ бы), приводящие к образованию трещин в растянутой зоне кон­ струкции. Затем трещины раскрываются, сокращая сжатую зо­ ну элемента, и при достижении напряжения величины предела прочности бетона изгибаемый элемент обрушается.

Огнестойкость статически определимых - ненапряженных из­ гибаемых конструкций зависит от величины критической темпе­ ратуры принятой марки стали, толщины и теплотехнических ха­ рактеристик защитного слоя бетона растянутой арматуры.

В преднапряженных железобетонных конструкциях от воз­ действия температуры проявляются релаксация и ползучесть напряжений в арматурной стали и ползучесть бетона в сжатой зоне. Вследствие этого происходит потеря преднапряжения в арматуре, что приводит к увеличению необратимых прогибов и снижению жесткости железобетонных конструкций.

Величины необратимых прогибов в зависимости от темпера­ туры нагрева арматуры изгибаемых элементов показаны на рис11. Необратимые деформации балок с горячекатаной арма­ турой (кривая 1) увеличиваются пропорционально возрастанию температуры арматуры до возникновения пластического шарни­ ра (Точка 0). Величина остаточного прогиба при этом составля-

j f

e

Рис. 10. Графики прогибов изгибаемых элементов:

•>= 1.6); 3 — статически неопределимая (с защемленными концами и распором) балка сечением 180x360 мм с горячекатаной арматурой ( / = 6 м, а=25 мм, k =1,96)

ет только jgg•/. Необратимые деформации преднапряженных

конструкций (кривые 2, 3 и 4, рис. 11) при температуре арма­ туры около 300°Ск моменту образования пластического шарнира

достигают весьма больших размеров (“59 ^ 40") Следователь­

но, преднапряженная конструкция при огневом воздействии на­ чинает терять огнестойкость вследствие ползучести и потери преднапряжения стали раньше, чем предел прочности высоко­ прочной проволоки снизится до рабочих напряжений (для испы-

18

t c

1 — свободно опертая балка с обычной горячекатаной арматурой; 2, 3 я 4 — преднапряженные многопустотные панели, свободно опертые по двум сторонам

3*

тайных панелей критическая температура арматурной стали равна 450° С ).

При одинаковой толщине защитного слоя бетона огнестой­ кость плит выше, чем тонкостенных балок, так как прогрев ар­ матуры балок происходит с трех сторон, а плит — только с од­

ной.

2. Статически неопределимые железобетонные конструкции.

При огневом воздействии на статически неопределимую жёлезо-

В растянутом бетоне опор­ ных сечений образование и раскрытие трещин происходит после­ довательно сначала по концам участка текучести арматуры, а за­ тем — в середине его длины.

В результате прогрева бетона до высоких температур его пластичность в сжатой зоне у опор возрастает.

Полное разрушение балки происходит в момент образования

20

третьего пластического шарнира в середине пролета■ В этом месте предел текучести арматуры вследствие нагрева снижается до действующих напряжений. Из-за перераспределения усилий в рабочей арматуре в середине пролета напряжения существенно уменьшаются, что приводит к повышению критической темпера­ туры арматуры (до 600° С).

Такой характер разрушения статически неопределимого же­ лезобетонного элемента увеличивает длительность его сопротив­ ления рабочей нагрузке при огневом воздействии.

Прогибы статически неопределимых железобетонных конст­ рукций являются необратимыми, так как возникают в резуль­

В процессе огневого воздействия и после него по сечению ко­ лонн с размерами bX h не менее 200X200 мм наблюдается зна­ чительный (800—-1000° С) перепад температур (рис. 13, а). Вслед­ ствие этого фактическая остаточная прочность бетона по сече­ нию колонн изменяется от первоначальной величины непрогретого бетона при 20—40° С до нуля — при 700—1000°С. Характер изменения прочностных и деформативных свойств бетона пока­ зан на рис. 13, б, в и г.

Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению. Наиболее прогретые части сечения бе­ тона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести усадки и снижения прочности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сече­ ния колонны, так как слабо нагретые слои бетона сохраняют прочность и упругость.

Полное разрушение колонны наступает при достижении в средней части колонны напряжения, равного величине временно­ го сопротивления сжатию бетона при деформациях, близких к предельной сжимаемости слабо прогретого бетона по сечению-

Внецентренно сжатые колонны могут обогреваться как со стороны сжатой зоны, так и со всех сторон. Огнестойкость ко­ лонн в каждом из этих случаев различна. При нагреве колонн до критической температуры со стороны растянутой зоны обра­ зуется пластический шарнир. На огнестойкость внецентренно сжатых колонн оказывают также влияние величина эксцентри-

21

ситета приложения нагрузки и величина горизонтального усилия от продольного температурного удлинения опирающихся эле­ ментов перекрытий.

4. Железобетонные фермы. Огнестойкость ферм определяет­ ся продолжительностью сопротивления наиболее слабого, с точ­ ки зрения огнестойкости, элемента в статическом и тепловом от­ ношениях. У железобетонных ферм такими элементами являют­ ся растянутые или сжатые стержни. Поведение сжатых элемен­ тов ферм при огневом воздействии аналогично поведению сжа­ тых колонн. Огнестойкость растянутых элементов ферм характе­ ризуется нагревом рабочей арматуры до критической темпера­ туры.

Во время пожаров в менее благоприятных условиях находит­ ся верхний сжатый пояс и элементы решетки, примыкающие к нему, вследствие концентрации тепла вверху у перекрытия.

Изложенная выше работа элементов справедлива для ферм из бетона марки не менее 300, работающих как шарнирные в уз­ лах. При меньшей прочности бетона разрушение узлов фермы происходит через 10—15 мин. после начала огневого воздействия в результате действия температурных напряжений.

Результаты испытаний моделей ферм показали, что предел огнестойкости ферм равен 40—60 мин. Необратимая потеря прочности при этом не превышала 5%, необратимые прогибы ферм с ненапрягаемой арматурой — 1/150 пролета. Огнестой­ кость определялась текучестью арматуры нижнего пояса (наибо­ лее слабого в статическом и тепловом отношениях).

§ 6. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ОГНЕСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

Расчет огнестойкости строительных конструкций основан на исследовании интенсивности огневого воздействия, процесса теп­ лопередачи и оценке статических схем работы конструкций.

Интенсивность огневого воздействия характеризуется его про­ должительностью и температурой. В жилых и административных зданиях, школах и больницах, гостиницах и сельскохозяйствен­ ных зданиях продолжительность огневого воздействия не превы­ шает 1—2 часов, температура при этом достигает 1000—1100°С. В торговых и театральных зданиях, библиотеках и архивах про­ должительность огневого воздействия с температурой до 1200° С может быть равна 2—3 часам. В производственных и складских зданиях с большим количеством сгораемых веществ и материалов огневое воздействие с температурой 1200—1300° С может превы­ шать 4—6 часов.

Условие огнестойкости конструкций пожароопасных зданий и сооружений проф. В. И. Мурашевым выражено зависимостью

23