Особенности поведения плит в условиях пожара.

Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (К). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть К., Е, I, т.е. по потере несущей (К.), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).

Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимые по стандартному температурному режиму, подтверждают это.

Поскольку в условиях пожара плиты подвергаются воздействию высокой температуры снизу, уменьшение их несущей способности происходит в основном за счет снижения прочности нагревающейся растянутой арматуры. Сжатые бетон и арматура нагреваются слабо. Как правило, рассматриваемые элементы (статически определимые изгибаемые свободно лежащие плиты, панели, настилы перекрытий) разрушаются в результате образования пластического шарнира в сечении с максимальным изгибающим моментом за счет снижения предела прочности нагревающейся растянутой арматуры до величины рабочих напряжений в ее сечении. При этом происходит резкое увеличение температурной ползучести арматуры, интенсивное раскрытие трещин в растянутой зоне, уменьшение высоты сжатой зоны бетона до минимума, при котором происходит разрушение сжатого бетона и обрушение конструкции. Образование пластического шарнира происходит при критической температуре арматуры.

 

а₁=а+d₁/2=20+10/2=27 мм.

а₂=а+d₂/2=20+12/2=28 мм.

 

Согласно прил.17 [10]

4-Æ14 мм А₁=616 мм²

2-Æ16 мм А₂=402 мм²

1) Определяем предел огнестойкости по расстоянию до оси арматуры по табл.8 [9]

П^I=1ч а^I=25 мм

П^II=1,5ч а^II=35 мм

=

 

 

φ₁=0,9 п.2.18 [9]

φ₂=1 п.2.20 [9]

φ₃=0,9 п.2.27 [9]

=55мин

2.3. Определяем фактический предел огнестойкости колонны КСР-442-40 по пособию:

Краткая характеристика конструкции:

Колонны КСР-442-40 среднего ряда являются сжатыми несущими элементами, размером сечения 400´400 мм, Вид бетона - тяжелый, гранитном щебне, плотность составляет r= 2300 кг/м². Класс бетона В20. Влажность - 2%. Ввиду, несовершенства геометрических форм элементов конструкций, отклонения их реальных размеров от назначаемых по проекту, неоднородности бетона, центральное сжатие в чистом виде не наблюдается, а имеет место внецентренное сжатие с так называемым случайным эксцентриситетом.

Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона.

В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800-1000 °С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 20°С до нуля при критической температуре и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара. Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20-30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.

Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600-800 °С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.

После 1-1,5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2-3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600 °С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонны укорачиваются с возрастающей скоростью до момента их обрушения. Предел огнестойкости колонн зависит и от уровня предварительного нагружения с увеличением которого предел огнестойкости колонн уменьшается. Необходимая несущая способность колонн обеспечивается изменением сечения арматуры и марки бетона в соответствии с нагрузкой.

С уменьшением процента армирования от 1,13 до 0,52 предел огнестойкости колонн из высокопрочного бетона увеличивается на 14%.

Данные по колонне:

в=400мм

а=50мм

 

а₁=а+d₁/2=50+32/2=66 мм.

По Табл.2 [9] определяем П_ф=2,5ч=150мин.

2.4.Определяем фактический предел огнестойкости ригеля Р2-72-26 по пособию:

Краткая характеристика конструкции:

Ригель – элемент каркаса здания, на который опираются плиты перекрытия.

В поперечном сечении ригеля рабочая арматура размещена в растянутой зоне сечения в один ряд.

Продольную рабочую арматуру в ригелях укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкций под действием нагрузок. Для продольного армирования применяют стержни периодического профиля диаметром 25 мм.

В железобетонных ригелях одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы. Поперечные силы воспринимаются бетоном и поперечной арматурой (поперечными стержнями или хомутами).

Кроме того, в ригелях из конструктивных и производственных соображений устанавливают монтажную арматуру для крепления поперечной арматуры и образования арматурных каркасов. Ригель армирован сварным каркасом. Количество плоских сварных каркасов в сечении зависит от ширины.

В качестве несущей арматуры в изгибаемых элементах используют прокатные профили (жесткая арматура) и сварные пространственные арматурные каркасы. Защитный слой бетона для жесткой арматуры должен быть не менее 50 мм.