Armerade betongkonstruktioner, på grund av deras icke-antändlighet och relativt låga värmeledningsförmåga, motstår effekterna av aggressiva brandfaktorer ganska bra. De kan dock inte motstå eld på obestämd tid. Moderna armerade betongkonstruktioner är som regel gjorda av tunna väggar utan monolitisk koppling med andra delar av byggnaden, vilket begränsar deras förmåga att utföra sina operativa funktioner under brandförhållanden till 1 timme, och ibland mindre. Fuktade armerade betongkonstruktioner har en ännu lägre brandmotståndsgräns. Om en ökning av fukthalten i en konstruktion till 3,5 % ökar brandmotståndsgränsen, kan en ytterligare ökning av fukthalten i betong med en densitet på mer än 1200 kg/m 3 under en kortvarig brand orsaka en explosion av betong och snabb förstörelse av strukturen.
Brandmotståndsgränsen för en armerad betongkonstruktion beror på dimensionerna på dess tvärsnitt, tjockleken på skyddsskiktet, typen, mängden och diametern av armeringen, betongklassen och typen av ballast, belastningen på strukturen och dess stödsystem.
Brandmotståndsgränsen för omslutande konstruktioner vid uppvärmning till 140°C på ytan mittemot eld (golv, väggar, skiljeväggar) beror på deras tjocklek, typen av betong och dess fukthalt. Med ökande tjocklek och minskande densitet av betong ökar brandmotståndsgränsen.
Brandmotståndsgräns baserad på förlust bärkraft beror på strukturens typ och statiska stödstruktur. Enkelt stödda böjelement (balkplattor, paneler och golvdäck, balkar, balkar) med enkel spännvidd förstörs i händelse av brand till följd av att den längsgående nedre arbetsarmeringen värms upp till den maximala kritiska temperaturen. Brandmotståndsgränsen för dessa strukturer beror på tjockleken på skyddsskiktet för den nedre arbetsarmeringen, armeringsklassen, arbetsbelastningen och betongens värmeledningsförmåga. För balkar och räfflor beror brandmotståndsgränsen även på sektionens bredd.
Med samma designparametrar är brandmotståndsgränsen för balkar mindre än för plattor, eftersom i händelse av brand värms balkar på tre sidor (från botten och två sidoytor), och plattor värms endast upp från bottenytan.
Det bästa armeringsstålet vad gäller brandmotstånd är klass A-III stålsort 25G2S. Den kritiska temperaturen för detta stål i ögonblicket för att nå brandmotståndsgränsen för en struktur belastad med en standardlast är 570°C.
Fabrikstillverkade storhåliga förspända däck av tung betong med ett skyddande lager på 20 mm och stångförstärkning av klass A-IV stål har en brandmotståndsgräns på 1 timme, vilket tillåter användning av dessa däck i bostadshus.
Skivor och paneler av massiv sektion av vanlig armerad betong med skyddande lager 10 mm har brandmotståndsgränser: stålarmering klasserna A-I och A-II - 0,75 timmar; A-III (klass 25G2S) - 1 tsk.
I vissa fall kan tunnväggiga flexibla strukturer (ihåliga och räfflade paneler och däck, tvärbalkar och balkar med en sektionsbredd på 160 mm eller mindre, som inte har vertikala ramar vid stöden) kollapsa i förtid vid brand längs den sneda sektionen vid stöden. Denna typ av förstörelse förhindras genom att installera vertikala ramar med en längd på minst 1/4 av spännvidden på de stödjande områdena av dessa strukturer.
Plattor som stöds längs konturen har en brandmotståndsgräns som är betydligt högre än enkla böjbara element. Dessa plattor är förstärkta med arbetsarmering i två riktningar, så deras brandmotstånd beror dessutom på förhållandet mellan armering i de korta och långa spännena. För fyrkantiga plattor med detta förhållande, lika med ett, är den kritiska temperaturen för armeringen när brandmotståndsgränsen nås 800°C.
När plattans bildförhållande ökar, minskar den kritiska temperaturen, och därför minskar även brandmotståndsgränsen. Med bildförhållande på mer än fyra är brandmotståndsgränsen nästan lika med brandmotståndsgränsen för plattor som stöds på två sidor.
Statiskt obestämda balkar och balkplattor, när de värms upp, förlorar sin bärförmåga till följd av förstörelse av stöd- och spännsektionerna. Sektionerna i spännet förstörs till följd av en minskning av hållfastheten hos den nedre längsgående armeringen, och de bärande sektionerna förstörs till följd av förlusten av betonghållfasthet i den nedre komprimerade zonen, som värms upp till höga temperaturer. Uppvärmningshastigheten för denna zon beror på storleken tvärsnitt, därför beror brandmotståndet hos statiskt obestämda balkplattor på deras tjocklek, och balkar - på sektionens bredd och höjd. På stora storlekar tvärsnitt är brandmotståndsgränsen för de strukturer som övervägs avsevärt högre än för statiskt bestämda strukturer (enkelspännade balkar och plattor), och i vissa fall (för tjocka balkplattor, för balkar med stark övre stödarmering ) beror praktiskt taget inte på tjockleken på skyddsskiktet vid den längsgående nedre förstärkningen.
Kolumner. Brandmotståndsgränsen för pelare beror på belastningsapplikationsmönstret (centralt, excentrisk), tvärsnittsdimensioner, armeringsprocent, typ av grovt betongmaterial och tjockleken på skyddsskiktet i den längsgående armeringen.
Förstörelsen av kolonner när de värms upp sker som ett resultat av en minskning av styrkan hos armering och betong. Excentrisk belastning minskar pelarnas brandmotstånd. Om belastningen appliceras med en stor excentricitet, kommer pelarens brandmotstånd att bero på tjockleken på dragarmeringens skyddande skikt, d.v.s. Arten av driften av sådana kolonner när de värms är densamma som för enkla balkar. Brandmotståndet hos en pelare med liten excentricitet närmar sig brandmotståndet hos centralt komprimerade pelare. Pelare av betong på krossad granit har mindre brandmotstånd (20 %) än pelare på kalkkross. Detta förklaras av det faktum att granit börjar kollapsa vid en temperatur på 573 ° C och kalksten börjar kollapsa vid en temperatur på 800 ° C.
Väggar. Vid bränder är som regel väggarna uppvärmda på ena sidan och böjer sig därför antingen mot elden eller i motsatt riktning. Muren övergår från en centralt komprimerad struktur till en excentriskt komprimerad med ökande excentricitet över tiden. Under dessa förhållanden, brandmotstånd bärande väggar beror till stor del på belastningen och deras tjocklek. När belastningen ökar och väggens tjocklek minskar, minskar dess brandmotståndsgräns och vice versa.
Med ökningen av antalet våningar i byggnader ökar belastningen på väggarna, därför, för att säkerställa det nödvändiga brandmotståndet, tas tjockleken på de bärande tvärgående väggarna i bostadshus lika (mm): i 5.. 9 våningar - 120, 12 våningar - 140, 16 våningar - 160 , i byggnader med en höjd av mer än 16 våningar - 180 eller mer.
Enskikts-, dubbelskikts- och treskikts självbärande ytterväggspaneler utsätts för lätt belastning, så dessa väggars brandmotstånd uppfyller vanligtvis brandsäkerhetskraven.
Väggarnas bärförmåga under åtgärd hög temperatur bestäms inte bara av förändringar i hållfasthetsegenskaperna hos betong och stål, utan främst av elementets deformerbarhet som helhet. Väggarnas brandmotstånd bestäms som regel av förlusten av bärförmåga (förstörelse) i uppvärmt tillstånd; tecknet på att värma en "kall" väggyta vid 140°C är inte typiskt. Brandmotståndsgränsen beror på arbetsbelastningen (konstruktionens säkerhetsfaktor). Förstörelsen av väggar från ensidig påverkan sker enligt ett av tre scheman:
- 1) med den irreversibla utvecklingen av avböjning mot väggens uppvärmda yta och dess förstörelse i mitten av höjden på grund av det första eller andra fallet av excentrisk kompression (överhettad armering eller "kall" betong);
- 2) med elementet avböjande i början i uppvärmningsriktningen och i slutskedet i motsatt riktning; förstörelse - i mitten av höjden på uppvärmd betong eller på "kall" (sträckt) armering;
- 3) med en variabel avböjningsriktning, som i schema 1, men förstörelsen av väggen sker i stödzonerna längs betongen på den "kalla" ytan eller längs sneda sektioner.
Det första felmönstret är typiskt för flexibla väggar, det andra och tredje - för väggar med mindre flexibilitet och plattformsstödda. Om du begränsar rotationsfriheten för väggens stödsektioner, vilket är fallet med plattformsstöd, minskar dess deformerbarhet och därför ökar brandmotståndsgränsen. Således ökade plattformsstöd av väggar (på icke-förskjutbara plan) brandmotståndsgränsen med i genomsnitt två gånger jämfört med gångjärnsstöd, oavsett elementets destruktionsmönster.
Att minska andelen väggförstärkning med gångjärnsstöd minskar brandmotståndsgränsen; med plattformsstöd har en förändring av de vanliga gränserna för väggförstärkning praktiskt taget ingen effekt på deras brandmotstånd. När väggen värms upp på båda sidor samtidigt ( innerväggar) den upplever ingen temperaturavböjning, strukturen fortsätter att arbeta på central kompression och därför är brandmotståndsgränsen inte lägre än vid ensidig uppvärmning.
Grundläggande principer för beräkning av brandmotståndet hos armerade betongkonstruktioner
Brandmotståndet hos armerade betongkonstruktioner går som regel förlorat som ett resultat av förlust av bärighet (kollaps) på grund av en minskning av styrkan, termisk expansion och temperaturkrypning av armering och betong vid uppvärmning, såväl som på grund av uppvärmning av ytan som inte vetter mot branden med 140 ° C. Baserat på dessa indikatorer kan brandmotståndsgränsen för armerade betongkonstruktioner hittas genom beräkning.
I allmänhet består beräkningen av två delar: termisk och statisk.
I den termiska teknikdelen bestäms temperaturen längs strukturens tvärsnitt under dess uppvärmning enligt standarden temperaturförhållanden. I den statiska delen beräknas den uppvärmda strukturens bärförmåga (hållfasthet). Sedan byggs en graf (fig. 3.7) över minskningen av dess bärförmåga över tiden. Med hjälp av denna graf hittas brandmotståndsgränsen, dvs. uppvärmningstid, varefter konstruktionens bärförmåga kommer att minska till arbetsbelastningen, d.v.s. när jämlikheten äger rum: M rt (N rt) = M n (M n), där M rt (N rt) är den böjda (komprimerade eller excentriskt komprimerade) strukturens bärförmåga;
M n (M n), - böjmoment (längdkraft) från standard eller annan arbetsbelastning.
Tabell 2.18
Lättbetongdensitet? = 1600 kg/m3 med grovt expanderat leraggregat, plattor med runda hålrum i mängden 6 stycken, plattorna stöds fritt på båda sidor.
1. Låt oss bestämma den effektiva tjockleken på hålplattans teff för att bedöma brandmotståndsgränsen baserat på värmeisoleringsförmåga enligt avsnitt 2.27 i manualen:
var är plattans tjocklek, mm;
- - plattans bredd, mm;
- - antal tomrum, st.;
- - hålrummens diameter, mm.
- 2. Bestäm enligt tabellen. 8 Riktlinjer för brandmotståndsgränsen för en platta baserad på förlust av värmeisoleringsförmåga för en platta av tung betongdel med en effektiv tjocklek på 140 mm:
Plattans brandmotståndsgräns baserad på förlust av värmeisoleringsförmåga
3. Bestäm avståndet från plattans uppvärmda yta till stavarmeringens axel:
var är tjockleken på skyddsskiktet av betong, mm;
- - diameter på arbetsbeslag, mm.
- 4. Enligt tabell. 8 Manualer Vi bestämmer brandmotståndsgränsen för en platta baserat på förlusten av bärförmåga vid a = 24 mm, för tung betong och vid stöd på två sidor.
Den nödvändiga brandmotståndsgränsen ligger i intervallet mellan 1 timme och 1,5 timmar, vi bestämmer den genom linjär interpolation:
Plattans brandmotståndsgräns utan hänsyn till korrigeringsfaktorer är 1,25 timmar.
- 5. Enligt paragraf 2.27 i manualen för bestämning av brandmotståndsgränsen ihåliga plattor en reduktionsfaktor på 0,9 tillämpas:
- 6. Vi bestämmer den totala belastningen på plattan som summan av permanenta och tillfälliga belastningar:
- 7. Bestäm förhållandet mellan den långverkande delen av lasten och full last:
8. Korrektionsfaktor för last enligt avsnitt 2.20 i manualen:
- 9. Enligt paragraf 2.18 (del 1 a) Förmåner, accepterar vi koefficienten? för A-VI beslag:
- 10. Vi bestämmer plattans brandmotståndsgräns, med hänsyn till belastnings- och förstärkningskoefficienterna:
Plattans brandmotståndsgräns i termer av bärförmåga är R 98.
Plattans brandmotståndsgräns anses vara det lägsta av två värden - förlusten av värmeisoleringskapacitet (180 min) och förlusten av bärförmåga (98 min).
Slutsats: brandmotståndsgräns armerad betongplattaär REI 98
Bestämning av brandmotståndsgränser för byggnadskonstruktioner
Bestämning av brandmotståndsgränsen för armerade betongkonstruktioner
Initialdata för golvplattan av armerad betong ges i tabell 1.2.1.1
Betongtyp - lättbetong med densitet c = 1600 kg/m3 med grovt expanderad lermassa; Plattorna är multi-ihåliga, med runda hålrum, antalet hålrum är 6 stycken, plattorna stöds på båda sidor.
1) Effektiv tjocklek av en ihålig platta teff för att bedöma brandmotståndsgränsen baserat på värmeisoleringsförmåga enligt paragraf 2.27 i manualen till SNiP II-2-80 (Brandmotstånd):
2) Bestäm enligt tabellen. 8 Riktlinjer för en plattas brandmotståndsgräns baserad på förlust av värmeisoleringsförmåga för en platta tillverkad av lättbetong med en effektiv tjocklek på 140 mm:
Plattans brandmotståndsgräns är 180 min.
3) Bestäm avståndet från plattans uppvärmda yta till armeringsstångens axel:
4) Med hjälp av tabell 1.2.1.2 (Tabell 8 i manualen) bestämmer vi plattans brandmotståndsgräns baserat på förlusten av bärförmåga vid a = 40 mm, för lättbetong när den stöds på två sidor.
Tabell 1.2.1.2
Brandbeständighetsgränser för armerade betongplattor
Den erforderliga brandmotståndsgränsen är 2 timmar eller 120 minuter.
5) Enligt avsnitt 2.27 i manualen, för att bestämma brandmotståndsgränsen för ihåliga plattor, tillämpas en reduktionsfaktor på 0,9:
6) Vi bestämmer den totala belastningen på plattorna som summan av permanenta och tillfälliga belastningar:
7) Bestäm förhållandet mellan den långverkande delen av lasten och full last:
8) Korrektionsfaktor för last enligt avsnitt 2.20 i manualen:
9) Enligt paragraf 2.18 (del 1 b) i manualen accepterar vi koefficienten för förstärkning
10) Vi bestämmer plattans brandmotståndsgräns med hänsyn till belastnings- och förstärkningskoefficienterna:
Plattans brandmotståndsgräns i termer av bärförmåga är
Baserat på de resultat som erhållits under beräkningarna fann vi att brandmotståndsgränsen för en armerad betongplatta vad gäller bärförmåga är 139 minuter och termisk isoleringsförmåga är 180 minuter. Det är nödvändigt att ta den lägsta brandmotståndsgränsen.
Slutsats: brandmotståndsgräns för armerad betongplatta REI 139.
Bestämning av brandmotståndsgränser för armerade betongpelare
Typ av betong - tung betong med densitet c = 2350 kg/m3 med grovt ballast av karbonatstenar (kalksten);
Tabell 1.2.2.1 (Tabell 2 i manualen) visar värdena för de faktiska brandmotståndsgränserna (POf) pelare av armerad betong med olika egenskaper. I det här fallet bestäms POf inte av tjockleken på skyddsskiktet av betong, utan av avståndet från ytan av strukturen till axeln för den arbetande armeringsjärnet (), som förutom tjockleken på skyddsskiktet , inkluderar även halva diametern på den arbetande armeringsstången.
1) Bestäm avståndet från den uppvärmda ytan av kolonnen till axeln för stavförstärkningen med hjälp av formeln:
2) Enligt punkt 2.15 i manualen för konstruktioner av betong med karbonatfyllmedel kan tvärsnittsstorleken minskas med 10 % med samma brandmotståndsgräns. Sedan bestämmer vi bredden på kolumnen med formeln:
3) Med hjälp av tabell 1.2.2.2 (tabell 2 i manualen) bestämmer vi brandmotståndsgränsen för en pelare av lättbetong med parametrarna: b = 444 mm, a = 37 mm när pelaren är uppvärmd från alla sidor.
Tabell 1.2.2.2
Brandmotståndsgränser för armerade betongpelare
Den nödvändiga brandmotståndsgränsen ligger i intervallet mellan 1,5 timmar och 3 timmar För att bestämma brandmotståndsgränsen använder vi den linjära interpolationsmetoden. Uppgifterna ges i tabell 1.2.2.3
För att lösa den statiska delen av problemet reducerar vi tvärsnittsformen på en golvplatta av armerad betong med runda hålrum (bilaga 2, fig. 6) till den beräknade T-formade.
Låt oss bestämma böjmomentet i mitten av spännvidden på grund av verkan av standardbelastningen och plattans egen vikt:
Där q / n– standardbelastning per 1 linjär meter platta, lika med:
Avståndet från panelens botten (uppvärmda) yta till arbetsbeslagens axel kommer att vara:
mm,
Där d– armeringsjärns diameter, mm.
Det genomsnittliga avståndet blir:
mm,
Där A– armeringsjärnens tvärsnittsarea (klausul 3.1.1.), mm 2.
Låt oss bestämma huvuddimensionerna för panelens beräknade T-sektion:
Bredd: b f = b= 1,49 m;
Höjd: h f = 0,5 (h-П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 mm;
Avstånd från strukturens ouppvärmda yta till armeringsjärnens axel h o = h – a= 220 – 21 = 199 mm.
Vi bestämmer betongens hållfasthet och termofysiska egenskaper:
Standard draghållfasthet R miljarder= 18,5 MPa (tabell 12 eller punkt 3.2.1 för betongklass B25);
Tillförlitlighetsfaktor b = 0,83 ;
Konstruktionshållfasthet av betong baserad på draghållfasthet R bu = R miljarder / b= 18,5/0,83 = 22,29 MPa;
Värmeledningskoefficient t = 1,3 – 0,00035T ons= 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 W m -1 K -1 (klausul 3.2.3.),
Där T ons– medeltemperatur under en brand lika med 723 K;
Specifik värme MED t = 481 + 0,84T ons= 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 J kg-1 K-1 (avsnitt 3.2.3.);
Given termisk diffusivitetskoefficient:
Koefficienter beroende på betongens genomsnittliga densitet TILL= 39 s 0,5 och TILL 1 = 0,5 (klausul 3.2.8, klausul 3.2.9.).
Bestäm höjden på plattans komprimerade zon:
Vi bestämmer spänningen i dragarmering från en yttre belastning i enlighet med adj. 4:
därför att X t= 8,27 mm h f= 30,5 mm, alltså
Där Som– den totala tvärsnittsarean för armeringsjärn i dragzonen för konstruktionens tvärsnitt, lika med 5 stänger12 mm 563 mm 2 (avsnitt 3.1.1.).
Låt oss bestämma det kritiska värdet av förändringskoefficienten i hållfastheten hos armeringsstål:
,
Där R su– konstruktionsmotstånd hos armeringen i termer av maximal hållfasthet, lika med:
R su = R sn / s= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (här s– tillförlitlighetsfaktor för förstärkning, taget lika med 0,9);
R sn– standarddraghållfasthet för armering lika med 390 MPa (tabell 19 eller avsnitt 3.1.2).
Jag har det stcr1. Detta innebär att spänningarna från den yttre belastningen i dragarmeringen överstiger armeringens standardmotstånd. Därför är det nödvändigt att minska spänningen från den yttre belastningen i armeringen. För att göra detta kommer vi att öka antalet förstärkningsstänger på panelen12 mm till 6. Sedan A s= 679 10 -6 (avsnitt 3.1.1.).
MPa,
.
Låt oss bestämma den kritiska uppvärmningstemperaturen för den bärande armeringen i dragzonen.
Enligt tabellen i punkt 3.1.5. Med hjälp av linjär interpolation bestämmer vi att för klass A-III armering, stålsort 35 GS och stcr = 0,93.
t stcr= 475C.
Den tid det tar för armeringen att värmas upp till den kritiska temperaturen för en platta med massivt tvärsnitt kommer att vara den faktiska brandmotståndsgränsen.
s = 0,96 h,
Där X– argument för Gaussisk (Crump) felfunktion lika med 0,64 (klausul 3.2.7.) beroende på värdet på Gaussisk (Crump) felfunktion lika med:
(Här t n– konstruktionens temperatur före branden tas lika med 20С).
Den faktiska brandmotståndsgränsen för en golvplatta med runda hålrum kommer att vara:
P f = 0,9 = 0,960,9 = 0,86 timmar,
där 0,9 är en koefficient som tar hänsyn till förekomsten av hålrum i plattan.
Eftersom betong är ett obrännbart material är den faktiska brandfarlighetsklassen för konstruktionen uppenbarligen K0.