Файл: Ильин, Н. А. Огнестойкость железобетонных и каменных конструкций лекции для студентов специальностей ПГС и СХС.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.11.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
П ф> П 1р |
^о‘храрас час, |
(5) |
где Пф и Птр — фактический |
и требуемый предел огнестойкости |
|
конструкций, |
час; |
|
k0— коэффициент огнестойкости конструкции; |
|
|
Трас — расчетная продолжительность огневого |
воздей |
|
ствия, час |
|
|
Ъ а с = -~ , |
(6) |
|
где р0 — количество горючих |
(сгораемых) материалов, кг/м2] |
|
п — скорость сгорания материалов, кг/м2 час. |
|
|
Коэффициент огнестойкости конструкций k0 — есть коэффи |
||
циент безопасности, который гарантирует определенную надеж ность конструкции при огневом воздействии и после него. Коэф фициент огнестойкости &0> 1 принимают для конструкций, к ко торым предъявляются требования сохранности после огневого воздействия; k0^L 1 принимают для конструкций, к которым та кие требования не предъявляются (табл. 1).
Для конструкций, проектируемых с k0^ . \ , за критерий насту плений предела огнестойкости принимают время до полного раз рушения (обрушения) конструкции (случай 1).
Для конструкций с &0> 1 предел огнестойкости но потере не сущей способности определяют временем огневого воздействия до наступления безвозвратной потери прочности, жесткости и деформативности больше допустимых величий (случай II).
6.1. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ОГНЕСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Несмотря на кажущуюся простоту, определение продолжи тельности огневого воздействия по формуле (6) для расчета тре буемой огнестойкости конструкций представляет значительную сложность. Это объясняется тем, что скорость выгорания матери ала не является величиной постоянной и зависит от условия воз духообмена. Кроме того, при определении продолжительности огневого воздействия не учитывается такой важный фактор, как величина температуры огневого воздействия. Поэтому при расче тах требуемой огнестойкости конструкций важно знать не абсо лютную, а относительную к нормированному режиму продолжи тельность огневого воздействия (формула 1).
На основании результатов отечественных и зарубежных иссле дований разработана методика определения требуемой огне стойкости конструкций, введено понятие огневой нагрузки и при нято, что величина ее в основном влияет на расчетную продол жительность огневого воздействия.
Общее количество сгораемых материалов, приведенное к ус ловному виду топлива (древесине), представляет собою сгорае мую нагрузку, которую определяют по формуле
24
Р о=^ В о Г кг/Л12’ |
(7) |
где Pi и Qi — вес (кг) и теплотворная способность |
(ккал/кг) |
горючих материалов; |
|
F0 — площадь противопожарного отсека здания, ж2; |
|
Qy — теплотворная способность условного |
топлива |
(древесины), равная 4000 ккал/кг. |
|
Величину сгораемой нагрузки на 1 м2 этажа здания прини мают по табл. 2.
Огневую нагрузку получают умножением величины сгорае мой нагрузки на коэффициенты, учитывающие специфику про цесса сгорания а, р, f и продолжительность температурного воз действия на конструкции здания у.
Коэффициентом этажности и условий дымоудаления а (табл. 3) учитывается рост огневой нагрузки при увеличении количест ва этажей, а также при уменьшении s — отношения площади дымоудаляющих проемов f0 к площади пола помещения F0.
Скорость горения материалов учитывают при помощи коэф фициента возгорания р (табл. 4); повышенную пожарную опас ность от изменения глубины отсека или же от затрудненного доступа в него — при помощи коэффициента площади f (табл.
5)- ,
Результирующий коэффициент пожароопасности здания оп
ределяют по формуле |
|
/Со = «•?•/• |
(8) |
Коэффициентом защиты здания у (табл. 6) определяется сте пень использования объектовой профессиональной пожарной.ох раны при тушении пожара и результирующий коэффициент по жароопасности здания Ко-
Расчетную огневую нагрузку определяют 'по формуле
р = Ь-р0 кг/м2, |
(9) |
где р0 — сгораемая нагрузка, кг/м2; Ь = у- К0 — коэффициент огневого воздействия.
Расчетную продолжительность огневого воздействия т рас, при веденного к нормированному температурному режиму tc—т, оп
ределяют по формуле |
|
храс —1, Ю-р —0,1 1 •10~2 • р 2 MUH, |
(10) |
где р — расчетная величина огневой нагрузки, кг/м1. '* Используя формулы (5) и (10), можно определить величину
требуемого предела огнестойкости конструкций.
6.2.РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОЙ ОГНЕСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет огнестойкости железобетонных и каменных конструк ций состоит из двух частей; теплотехнической и статической.
Va4— 1610 |
25 |
Втеплотехнической части расчета определяют распределение температуры по сечению конструкции в процессе ее нагрева по стандартному температурному режиму (1) . В статической части расчета вычисляют несущую способность конструкции, подвер женной огневому воздействию заданной продолжительности. Построив график снижения несущей способности во времени, находят предел огнестойкости (в час), по истечении которого не сущая способность конструкции снизится до величины рабочей (действующей) нагрузки (см. пример расчета).
Расчет огнестойкости по признакам потери огнепреграждаю щей способности производят путем теплотехнического расчета.
Огнестойкость по признакам потери несущей способности оп ределяют с использованием теплотехнической и статической ча стей расчета.
Вслучае взрывообразного разрушения бетона предел огне стойкости конструкций не превышает 10—20 мин, при этом воз можно обрушение конструкции или потеря огнепреграждающей способности из-за образования в них сквозных отверстий. Расчет огнестойкости таких конструкций теряет практическое значение.
6.3.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЕЧЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ
1. Теплофизические характеристики бетона. С повышением температуры нагрева изменяются коэффициенты теплопроводно сти Xt и удельной теплоемкости ct бетонов (табл. 7).
При действии на бетон высоких температур свободная вода, находящаяся в порах, испаряется, замедляя темп прогрева бе тона в принципе так же, как это происходит в результате умень шения коэффициента температуропроводности.
Докт. техн. наук А. И. Яковлевым [11] введен в расчет при веденный коэффициент температуропроводности апр при тем пературе 450°С, с помощью которого учитывается влияние испа рения воды на скорость прогрева бетона
Й" Р = (с , + 0 ,0 1 2 .л ) . 7 с * |
(1 1 ) |
где kt и ct — значения, найденные по табл. 7 при £=450° С; рш— весовая влажность бетона, %;
Тс — Too-Ьр У,в— объемная масса сухого бетона, кг/ж3-
2. Начальное и граничные условия теплотехнического расче та. Расчет температур по сечению конструкции при огневом воз действии производят на основе дифференциального уравнения теплопроводности Фурье, которое характеризует температуру внутри конструкции в любой момент времени. Для решения уравнения Фурье нужно знать распределение температуры по сечению в начальный момент времени (начальное условие), гео метрическую форму сечений и закономерности теплообмена меж-
26
ду окружающей средой и поверхностями конструкции (гранич ные условия).
До начала огневого воздействия температуру в толще конст рукции принимают равной температуре внутри здания tu.
Граничные условия — температура окружающей среды tc и коэффициент теплообмена а.
Температуру обогреваемой поверхности железобетонных кон
струкций во времени определяют по уравнению |
|
|||||
|
|
to., |
— 1250 —(1250 — /н)■erfX, |
(12) |
||
где erfX |
= erf |
К |
функция ошибок |
Гуасса (табл. |
8); |
|
2 Y ~ |
||||||
|
|
|
|
|
||
т — время огневого воздействия, час |
(т<!4 час); |
|
||||
К — коэффициент (час2), равный |
|
|
||||
|
|
К = 0,5 + 0,04 • Тс +0,01-у?, |
(13) |
|||
где ус — объемная масса сухого бетона, т/м3. |
|
|||||
3. |
Определение температуры в плоских конструкциях. Фор |
|||||
мула для определения температуры растянутой арматуры плит |
||||||
панелей н настилов перекрытий во времени при одностороннем |
||||||
обогреве |
|
|
|
|
|
|
/у, ,= 1250—(125(W „)-er/ |
V — |
(14) |
---------- , |
||
|
2 у t |
|
где у — толщина защитного слоя бетона |
(г/^0,7 •/г). |
|
Распределение температуры по сечению стенок, обогреваемых
с двух |
противоположных сторон (симметричная |
задача), |
оп |
|
ределяют по формуле |
|
(15) |
||
|
tx. х= 1250—(1250 —/н ) - е ,, |
|
||
где 8 Х— относительная избыточная температура; |
|
|
||
|
С. |
|
(16) |
|
|
©* = erf ■2- VFox |
|
||
|
|
|
|
|
|
Rx+K Y “пр |
|
|
(17) |
|
|
|
|
|
где Fox — критерий Фурье, определяемый по формуле |
|
|||
|
т* аПР |
|
|
(18) |
|
Fo |
|
|
|
|
(Rx+K Yanp )2’ |
|
|
|
где Rx= 0,5-h — половина толщины неограниченной пластины. |
||||
4. |
Расчет двумерного температурного поля. Двумерные тем |
|||
пературные поля определяют при расчете огнестойкости колонн, |
||||
балок, |
ферм и др. стержневых конструкций, |
обогрев которых |
||
происходит с трех и четырех сторон сечения. |
Для |
круглых |
н |
|
i/2 4* 27
прямоугольных сечений распределение температуры двумерного поля определяют по формуле
tx. у, 1 |
— tc |
(*с |
— t.. |
J |
(19) |
t. |
|
||||
|
|
|
|
где txz и ty- — температуры во времени одномерных полей, оп-
,. ределяемых по формуле (15).
5.Расчет слоев бетона, прогретых до заданных температур.
При оценке огнестойкости колонн и статически неопределимых изгибаемых конструкций необходимо произвести расчет толщины сжатого бетона, прогретого до заданной критической температу ры ТКр.
Толщина слоя, прогретого |
до |
Гкр в плоской |
конструкции, |
равна |
|
|
|
у = (2 - Х - У ~ - |
К ) - У а ^ , |
(20) |
|
где X — аргумент функции erfX = |
г 2" • |
|
|
При обогреве прямоугольного сечения со всех сторон толщи |
|||
на слоев, прогретых до Гкр, соответственно равна: |
|
||
У— (Яу + К V апу )(1 —Су); |
(21) |
||
x = ( R * + K |
\ / ^ ) ( 1—Сх), |
(22) |
|
где Сж— определяют по формуле (17) по величинам 0 Хи Fox. Размеры ядра прямоугольных сечений обогреваемых с двух
противоположных сторон, определяют по формуле |
|
||
b, = 2( Rx + |
K |
V ^ ) ( \ - ^ x). |
(23) |
Коэффициент ^*ях определяют из уравнения |
|
||
erf |
V |
** Ох |
(24) |
^ |
|
||
где ®ях — относительная избыточная температура ядра сечения
0 |
ЯХ |
1250 |
<с |
(<с - 7-кр ) (*с - |
*н ) |
(25) |
|
1250 — ^ + |
(<с - < н )(1250 - |
/ н ) ’ |
|||||
|
|
|
|||||
где Гкр — критическая температура нагруженного бетона;
tc и ta — температура огневого воздействия и начальная тем пература.
б. Определение'температуры слоев бетона по эксперименталь ным кривым прогрева. Определение температуры по сечению бе тонных и железобетонных конструкций по экспериментальным кривым прогрева особенно удобно для тонкостенных конструк ций и для конструкций, огнестойкость которых характеризуется временем прогрева защитного или облицовочного слоя.
В настоящее время разработаны номограммы и графики про-
28