Методические рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций
Печать всех страниц
ГОССТРОЙ РОССИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
ГУП «НИИЖБ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ ОГНЕСТОЙКОСТИ
И ОГНЕСОХРАННОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
МДС 21-2.2000
Второе издание
Москва 2000 г.
РАЗРАБОТАНЫ Государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона» ГУП «НИИЖБ» (доктор техн. наук, проф. Милованов А.Ф., канд. техн. наук Соломонов В.В. и Кузнецова И.С., вед. инж. Малкина Т.Н.)
ОДОБРЕНЫ конструкторской секцией Научно-технического совета ГУП «НИИЖБ» (от 27 апреля 2000 г., протокол № 4/2000)
ИЗДАНЫ в ГУП «НИИЖБ»
ЗАРЕГИСТРИРОВАНЫ в ГУП «Центр проектной продукции в строительстве» 09.06.2000.
МДС 21-2.2000
Методические Рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций
Fire Resistance and Fire Safety of Reinforced Concrete Constructions.
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие «Методические рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» разработаны в соответствии с требованиями СНиП 10-01-94 и СНиП 21-01-97, норм международных организаций по стандартизации и нормированию и являются нормативным документом комплекса 21 «Пожарная безопасность» системы нормативных документов в строительстве.
Основными отличиями этих «Методических рекомендаций…» от ранее разработанных рекомендаций, инструкции и пособий являются:
приоритетность требований СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» по сравнению с другими нормативными требованиями;
применимость противопожарных требований к объектам на стадии проектирования, строительства и эксплуатации, включая реконструкцию и ремонт;
главные требования к бетону и арматуре, к диаграммам деформирования бетона на сжатие и арматуры на сжатие и растяжение от огневого воздействия в диапазоне температур от 20 до 1100 °С, как в нагретом состоянии во время пожара, так и в охлажденном состоянии после пожара;
конструктивные требования, повышающие пределы огнестойкости и обеспечивающие огнесохранность конструкций;
основные требования к расчету огнесохранности конструкций, поврежденных пожаром, с целью установления возможности их дальнейшей эксплуатации.
Приведенные методы расчета пределов огнестойкости конструкций позволяют устанавливать их уже при проектировании в соответствии с классификацией, принятой в СНиП 21-01-97.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящие Методические рекомендации действуют на территории Российской федерации как дополнение и уточнение СНиП 21-01-97 и распространяются на проектирование, строительство, техническое обследование и реконструкцию после пожара зданий и сооружений из железобетона.
1.2. Методические рекомендации содержат основные положения по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. Они дают возможность на стадии проектирования оценить пределы огнестойкости конструкций, проверить их соответствие требованиям СНиП 21-01-97 и установить огнесохранность конструкций после пожара. В основу Методических рекомендаций положены экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в НИИЖБ, ВНИИПО, МГСУ, СГСУ, а также материалы международных организаций: Европейского комитета бетона (ЕКБ), Международного совета по строительству (МСС), Международной организации по стандартизации (ИСО), Международного совета лабораторий по испытанию строительных материалов и конструкций (РИЛЕМ).
2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящих Методических рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы.
СНиП 10-01-94 Система нормативных документов в строительстве. Общие положения.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.
СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.
СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений.
СНиП 2.03.04-84 и Пособие к нему. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур.
Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня и групп возгораемости материалов. Стройиздат, Москва, 1985.
Инструкция по расчету фактических пределов огнестойкости железобетонных конструкций на основе новых требований СНиП. ВНИИПО МВД СССР, Москва, 1982.
ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ Пожарная безопасность. Термины и определения.
ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования.
ГОСТ 30247.1-94 Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие ограждающие конструкции.
ГОСТ 30403-96 Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности.
СТ СЭВ 383-87 Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения.
НПБ 233-96 Здания и фрагменты зданий. Методы натурных огневых испытаний. Общие требования.
МГСН 4.04-94 Московские городские строительные нормы. Многофункциональные здания и комплексы.
Eurocode 2: Design of Concrete Structures. — Part 10: Structural Fire Design.- Draft April, 1990.
3. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящих Методических рекомендациях, за исключением специально оговоренных случаев (См. п. 4.10), приняты термины и определения, приведенные в СТ СЭВ 383-87 и ГОСТ 12.1.033-81.
4. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
4.1. Согласно СНиП 21-01-97 строительные конструкции характеризуются огнестойкостью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости.
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливают по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:
потери несущей способности (R);
потери теплоизолирующей способности (I);
потери целостности (Е).
Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.
4.2. Здания и сооружения, а также их части, выделенные противопожарными стенами (пожарные отсеки) подразделяются по степеням огнестойкости согласно Табл. 1.
Таблица 1.
|
Степень огнестойкости здания |
Пределы огнестойкости железобетонных конструкций в минутах не менее |
||||||
|
несущие элементы здания |
наружные стены |
перекрытия междуэтажные (в т.ч. чердачные и над подвалом) |
элементы бесчердачных перекрытий |
лестничные клетки |
|||
|
настилы, в т.ч. с утеплителем |
фермы, балки, прогоны |
внутренние стены |
марши и площадки |
||||
|
I |
R 120 (R 180) |
Е 30 |
REI 60 (R 180) |
RE 30 |
R 30 |
REI 120 (R 180) |
R 60 |
|
II |
R 90 |
Е 15 |
REI 45 |
RE 15 |
R 15 |
REI 90 |
R 60 |
|
III |
R 45 |
Е 15 |
REI 45 |
RE 15 |
R 15 |
REI 60 |
R 45 |
Примечание: В скобках даны пределы огнестойкости для многофункциональных зданий и комплексов согласно МГСН 4.04-94.
К несущим элементам здания или сооружения относятся конструкции, обеспечивающие его общую устойчивость, геометрическую неизменяемость при пожаре: несущие стены, колонны, балки перекрытий, ригели, фермы, рамы, арки, связи, диафрагмы жесткости и т.п. Для несущих элементов здания, выполняющих одновременно функции ограждающих конструкций, например, к несущим стенам, помимо предела огнестойкости по несущей способности (R) должны предъявляться дополнительные требования по потере изолирующей способности (I) и потере целостности (Е).
Классификация зданий по степени огнестойкости осуществляется в соответствии с существующими отраслевыми нормами и правилами и зависит от назначения зданий, их площади, этажности, взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности производств, а также функциональных процессов.
4.3. За предал огнестойкости железобетонных конструкций принимается время (в минутах) от начала стандартного огневого воздействия до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости:
— по потере несущей способности (R) конструкций и узлов (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкции);
— по теплоизолирующей способности (I) — повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 160 °С, или в любой точке этой поверхности более чем на 190 °С по сравнению с температурой конструкции до нагрева, или прогрев конструкции более чем на 220 °С независимо от температуры конструкции до огневого воздействия;
— по целостности (Е) — образование в конструкции сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя.
Для несущих конструкций (балки, прогоны, ригели, колонны) предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности конструкции (R).
Конструкции, которые имеют хрупкое разрушение по сжатому бетону (колонны с малым эксцентриситетом, изгибаемые переармированные элементы), за потерю несущей способности принимается полное разрушение во время пожара.
Для изгибаемых, внецентренно сжатых и растянутых с большим эксцентриситетом элементов, которые характеризуются развитием больших необратимых деформаций арматуры и бетона, за потерю несущей способности принимается развитие необратимых прогибов еще до того, как наступит полное разрушение конструкции.
4.4. Расчет предела огнестойкости конструкции по потере несущей способности (R) состоит из двух частей: теплотехнической и статической.
Теплотехнический расчет должен обеспечить время наступления предела огнестойкости, по истечении которого арматура нагревается до критической температуры, или сечение бетона конструкции сокращается до предельного значения при воздействии на нее стандартного температурного режима.
Статический расчет должен обеспечить недопущение разрушения и потери устойчивости конструкции при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима.
Расчет огнестойкости конструкций производится по нормативным сопротивлениям бетона и арматуры.
4.5. Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности (I), т.е. по нагреву необогреваемой поверхности более допускаемых температур (См. п. 4.3.) должен быть обеспечен теплотехническим расчетом. Расчет сводится к определению времени, по истечении которого температура на необогреваемой поверхности достигнет предельно допустимого значения.
4.6. Предел огнестойкости по целостности (Е) — по образованию сквозных отверстий или трещин, возникает в конструкциях из тяжелого бетона с влажностью более 3,5 % и из легкого бетона с влажностью более 5,0 % и плотностью более 1200 кг/м3. Потеря целостности при хрупком разрушении бетона резко уменьшает предел огнестойкости, поэтому целесообразно применять бетоны с ограничением расхода цемента, низким В/Ц и с более низким коэффициентом температурного расширения заполнителя.
4.7. Испытаниями установлено, что разрушение железобетонных конструкций при огневом высокотемпературном нагреве происходит по тем же схемам, что и в условиях нормальных температур. Поэтому для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности используются те же уравнения равновесия и деформаций, из которых выводятся формулы для статического расчета.
Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности базируется на общих требованиях расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и дополнительными указаниями, изложенными в настоящих Методических рекомендациях.
4.8. За нормативную нагрузку принимают наиболее неблагоприятные сочетания нормативных постоянных и временных длительных статических нагрузок согласно СНиП 2.01.07-85 и п. 1.12 СНиП 2.03.01-84*, существенно влияющих на напряженное состояние железобетонной конструкции при пожаре. В тех случаях, когда нельзя установить значение нормативной нагрузки, разрешается принимать ее равной 0,7 от расчетной нагрузки. Расчетная схема приложения нормативной нагрузки должна соответствовать проекту.
4.9. Несущая способность конструкций при огневом воздействии зависит от изменения свойств бетона и арматуры с ростом температуры. Во многих случаях уравнения предельного равновесия невозможно записать без результатов теплотехнического расчета. Решение теплотехнической задачи выполнимо лишь для конкретных промежутков времени с начала нагрева.
Нахождение условий предельного состояния строится на принципе последовательных приближений для заранее известных промежутков времени. В итоге предел огнестойкости определяется либо графически, либо аналитически в результате решения уравнений предельного состояния.
В простых случаях решение статической задачи по оценке огнестойкости сводится к определению значения критической температуры нагрева растянутой арматуры, поскольку она не зависит от результатов теплотехнической задачи, или вычисляют усилие, которое может воспринять сечение элемента при требуемом минимальном пределе огнестойкости. Если это усилие равно или больше нормативного, то требуемый предел огнестойкости обеспечен.
Вычисленные пределы огнестойкости должны быть не менее требуемых значений СНиП 21-01-97 (См. Табл. 1).
4.10. Для уникальных и особо ответственных сооружений и комплексов, относящихся к I-му повышенному уровню ответственности, отказы которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям (ГОСТ 27751, Изменение № 1), а также для конструкций, восстановление которых потребует больших сложностей и затрат, необходимо обеспечивать их огнесохранность после пожара.
За огнесохранность конструкции принимается такое ее состояние, при котором остаточная прочность или необратимые деформации позволяют обеспечить надежную работу после пожара. Расчет огнесохранности после пожара ведется при расчетных нагрузках и расчетных сопротивлениях бетона и арматуры после огневого воздействия.
4.11. При расчете огнестойкости и огнесохранности конструкции целесообразно рассматривать приведенные сечения. При этом расчетная площадь приведенного сечения бетона ограничивается изотермой критических температур нагрева бетона tb,cr. Критическая температура для тяжелого бетона на гранитном заполнителе 500 °С, на известняковом заполнителе и для конструкционного керамзитобетона 600 °С. При этом принимают tb > tb,cr gbt = 0 и при tb £ tb,cr gbt = 1.
4.12. Критическая температура нагрева арматуры ts,cr характеризует стадию образования пластического шарнира в растянутой зоне при огневом воздействии.
5. СВОЙСТВА БЕТОНА И АРМАТУРЫ ПРИ ОГНЕВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И ПОСЛЕ НЕГО БЕТОН
5.1. Нормативные Rb,n и расчетные Rbсопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность), начальный модуль упругости бетона при сжатии Eb следует принимать по СНиП 2.03.01-84*.
При пожаре в нагруженном состоянии конструкции подвергаются высокотемпературному огневому воздействию, которое изменяет свойства бетона. Изменение прочности бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывают коэффициентом условий работы бетона gbt, представляющим собой отношение прочности бетона при нагреве к прочности бетона при нормальной температуре.
Изменение модуля упругости бетона с увеличением температуры учитывают коэффициентом bb, представляющим собой отношение модуля упругости бетона при нагреве к модулю упругости бетона при нормальной температуре.
При нагреве увеличиваются пластические деформации бетона. Упругопластические свойства бетона учитывают коэффициентом 
, представляющим собой отношение упругих деформаций к полным.
Значения коэффициентов условий работы gbt, bb, 
для различных видов бетона приведены в Приложении 1.
5.2. При нагревании бетона естественной влажности полная температурная деформация бетона состоит из двух видов деформаций: обратимой — температурное расширение ebt и необратимой — температурная усадка ecs. Значения коэффициентов температурного расширения abt и температурной усадки acs для различных видов бетона в диапазоне температур от 20 до 1000 °С приведены в Табл. 2 и 3.
Таблица 2.
|
Вид бетона |
Коэффициент температурной деформации бетона abt×10-6×°С-1 при температуре бетона, °С |
||||
|
20¸50 |
100 |
300 |
500 |
700¸1000 |
|
|
Тяжелый на гранитном заполнителе |
9 |
9 |
8 |
11 |
14,5 |
|
Тяжелый на известняковом заполнителе |
10 |
10 |
9 |
12 |
15,5 |
|
Конструкционный керамзитобетон |
8,5 |
8,5 |
7 |
5,5 |
4,5 |
Таблица 3.
|
Вид бетона |
Коэффициент температурной усадки бетона acs×10-6×°С-1 при температуре нагрева бетона, °С |
||||
|
20¸50 |
100 |
300 |
500 |
700¸1000 |
|
|
Тяжелый на гранитном заполнителе |
0,5 |
1,0 |
1,0 |
-1,8 |
-6,8 |
|
Тяжелый на известняковом заполнителе |
0,5 |
1,5 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
|
Конструкционный керамзитобетон |
2,0 |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
5.3. Коэффициент теплопроводности тяжелого бетона на гранитном щебне:
Вт/м×°С; (1)
на известняковом щебне:
Вт/м×°С; (2)
конструкционного керамзитобетона:
Вт/м×°С; (3)
Коэффициент теплоемкости тяжелого бетона на гранитном и известняковом щебне:
кДж/°С; (4)
конструкционного керамзитобетона:
кДж/°С; (5)
Приведенный коэффициент температуропроводности бетона вычисляют по формуле:
м2/ч, (6)
где: l и С — расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона, вычисляют для температуры 450 °С;
W — весовая эксплуатационная влажность бетона, в кг/кг;
r — плотность сухого бетона, кг/м3.
Увеличение коэффициента теплоемкости на 50W связано с учетом расхода тепла на испарение свободной воды в порах бетона.
5.4. Диаграмма деформирования бетона состоит из трех линейных участков, соединяющих характерные базовые точки (Рис. 1). Первый участок диаграммы 0-1 характеризует упругую работу бетона до условного предела пропорциональности. На втором участке 1-О установлена связь между напряжениями и деформациями бетона от условного предела пропорциональности до предельного значения напряжения при однородном напряженном состоянии — при центральном сжатии (прямоугольная эпюра напряжений). Третий участок О-2 при постоянном значении напряжений, равном сопротивлению бетона сжатию Rb×gbt, характеризует изменение предельного значения деформаций бетона от однородного напряженного состояния до наибольшего значения при неоднородном напряженном состоянии (при треугольной эпюре деформаций) бетона.
Рис. 1. Расчетная диаграмма деформирования бетона на сжатие при нагреве.
Напряжения в основной базовой точке «О» диаграммы принимаются равными значению сопротивления бетона при центральном сжатии Rbgbt и соответствующей предельной деформации ebo. Предельную деформацию при центральном сжатии ebo в основной базовой точке «О» диаграммы деформирования бетона принимают по Табл. 4.
При огневом воздействии сжатые элементы подвергаются неравномерному нагреву. Разрушение этих элементов происходит по более прочному, менее нагретому бетону, обладающему меньшей предельной деформацией. Поэтому предельная деформация сжатия бетона, приведенная в Табл. 4, должна приниматься по наименьшей температуре нагрева бетона в поперечном сечении элемента.
Таблица 4.
|
Температура (°С) менее нагретого бетона в сечении |
Предельная деформация eb0 (%) при центральном сжатии |
||
|
тяжелого бетона на заполнителе |
конструкционного керамзитобетона |
||
|
гранитном |
известняковом |
||
|
20 |
0,20 |
0,25 |
0,20 |
|
100 |
0,25 |
0,30 |
0,25 |
|
200 |
0,35 |
0,40 |
0,30 |
|
300 |
0,55 |
0,60 |
0,45 |
|
400 |
0,65 |
0,75 |
0,60 |
|
500 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
|
600 |
1,20 |
1,25 |
1,20 |
|
700 |
1,30 |
1,40 |
1,35 |
|
800 |
1,50 |
1,60 |
1,85 |
Значение напряжения при сжатии для первой дополнительной точки диаграммы деформирования бетона принимается:
, (7)
где: gbt1 = 0,6 gbt.
Деформацию бетона, соответствующую напряжению sb1, определяют по формуле:
(8)
Значение напряжения sb2 для второй дополнительной точки диаграммы деформирования бетона принимают максимальными, равными Rbgbt. Деформация бетона, отвечающая этому напряжению, является наибольшей предельной деформацией при неоднородном напряженном состоянии (при треугольной эпюре деформаций) и принимается:
, (9)
Предельную деформацию сжатия εb2 при неоднородном напряженном состоянии принимают по Табл. 5 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны, которую принимают по Рис. 7.
Таблица 5.
|
Средняя температура бетона сжатой зоны, °С |
Предельная деформация крайнего волокна бетона сжатой зоны eb2, (%) |
||
|
тяжелого бетона на заполнителе |
конструкционного керамзитобетона |
||
|
гранитном |
известняковом |
||
|
20 |
0,34 |
0,42 |
0,34 |
|
50 |
0,38 |
0,46 |
0,38 |
|
100 |
0,42 |
0,51 |
0,42 |
|
150 |
0,50 |
0,60 |
0,46 |
|
200 |
0,59 |
0,68 |
0,51 |
|
250 |
0,76 |
0,85 |
0,63 |
|
300 |
0,93 |
1,02 |
0,76 |
|
350 |
1,00 |
1,14 |
0,89 |
|
400 |
1,10 |
1,27 |
1,02 |
5.5. При расчете огнестойкости используют диаграммы деформирования бетона на сжатие от кратковременного огневого воздействия, построенные с учетом изменения свойств бетона в нагретом состоянии при пожаре и в зависимости от изменения относительного нормативного сопротивления бетона сжатию, приведенные в Приложении 2.
При расчете огнесохранности конструкции после пожара используют диаграммы деформирования бетона при сжатии после кратковременного огневого воздействия, т.е. в охлажденном состоянии. Диаграммы деформирования бетона на сжатие построены в зависимости от изменения относительного расчетного сопротивления бетона сжатию. Деформации и температуры для промежуточных значений определяются интерполяцией.
АРМАТУРА
5.6. Нормативные Rsn и расчетные Rs сопротивления арматуры и модуль упругости арматуры Еs следует принимать по СНиП 2.03.01-84*.
При пожаре от огневого воздействия арматура подвергается высокотемпературному нагреву, который изменяет свойства арматуры.
Изменение сопротивления арматуры растяжению и сжатию с повышением температуры учитывают коэффициентом условий работы gst = g¢st, который представляет собой отношение сопротивления арматуры при нагреве к сопротивлению арматуры при нормальной температуре.
Изменение модуля упругости арматуры с повышением температуры учитывают коэффициентом bs, который представляет собой отношение модуля упругости арматуры при нагреве к модулю упругости арматуры при нормальной температуре.
При огневом воздействии длина зоны передачи напряжений для арматуры без анкеров уменьшается, и это уменьшение учитывается коэффициентом условий работы арматуры gs5t.
При кратковременном высокотемпературном нагреве в арматуре развиваются пластические деформации. Упругопластические свойства арматуры учитываются коэффициентом vs, представляющим собой отношение упругих деформаций к полным. Значения коэффициентов gst, bs, vs и gs5t приведены в Приложении 1.
5.7. С повышением температуры арматурная сталь расширяется. Температурное расширение арматуры зависит от класса арматуры и марки стали. Коэффициент температурного расширения арматуры ast с повышением температуры возрастает, и он больше коэффициента температурной деформации бетона (Табл. 6).
Таблица 6.
|
Класс арматуры |
Коэффициент температурного расширения арматуры ast×10-6×°C-1 при температуре, °С |
||||||||
|
20-50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
1000 |
|
|
А240, А300 В400, В1500, Вр1500 |
11,5 |
11,7 |
12,0 |
12,5 |
13,0 |
13,5 |
14,0 |
14,5 |
16,0 |
|
А400, А600, А800, Ат800 А1000, Ат1000 |
11,5 |
12,0 |
13,0 |
13,5 |
14,0 |
14,5 |
15,0 |
15,5 |
17,0 |
5.8. В элементах с жесткой арматурой, у которых наблюдается перепад температур по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры, необходимо учитывать теплопроводность стали.
Коэффициент теплопроводности стали:
Вт/м×°С. (10)
Коэффициент теплоемкости стали:
кДж/°С. (11)
5.9. Диаграмма деформирования при растяжении и сжатии арматуры, имеющей физический предел текучести, состоит из двух прямолинейных участков, соединяющихся в основной базовой точке «О» (Рис. 2).
Рис. 2. Расчетные диаграммы деформирования арматуры при нагреве:
а) с физическим пределом текучести;
б) с условным пределом текучести.
Диаграмма деформирования арматуры с условным пределом текучести состоит из трех прямоугольных участков. Первый участок 0-1 диаграммы характеризует упругую работу арматуры до напряжения, принятого за предел пропорциональности. Второй участок 1-О описывает связь между напряжениями и деформациями до условного предела текучести Rsgst. Третий участок О-2 устанавливает связь между напряжениями и деформациями от условного предела текучести до временного сопротивления. Напряжение в основной базовой точке «О» диаграммы принимают равным значению сопротивления арматуры растяжению Rsgst при соответствующей деформации es0. Значение деформации в основной базовой точке диаграммы деформирования арматуры с физическим пределом текучести принимают равным:
(12)
и с условным пределом текучести:
(13)
Для арматуры с физическим пределом текучести напряжения ss2 во второй дополнительной базовой точке диаграммы принимают равным Rs, а деформации увеличивают по отношению к значению деформации основной базовой точки.
Для арматуры классов:
А240 εs2 = 100εs0
А300 εs2 = 70εs0
А400 εs2 = 40εs0
Для арматуры с условным пределом текучести значения напряжения в первой дополнительной точке
, (14)
где: gst1 = 0,8 gst,
и во второй дополнительной точке для классов арматуры:
А600 ss2 = 1,3Rsgst
А800 ss2 = 1,25Rsgst (15)
А1000 ss2 = 1,20Rsgst
В1500, Вр1500 ss2 = 1,15Rsgst.
При этих напряжениях предельные деформации равны для арматуры классов:
А600 εs2 = 18es0
А800 εs2 = 12es0 (16)
А1000 εs2 = 8es0
В1500, Bp1500 εs2 = 5es0.
5.10. При расчете огнестойкости используют диаграммы деформирования арматуры при растяжении и сжатии от кратковременного огневого воздействия в нагретом состоянии при пожаре (Приложение 2). Диаграммы деформирования арматуры построены в зависимости от изменения относительного нормативного сопротивления арматуры растяжению или сжатию. У арматуры классов А240, А300, А400, имеющих физический предел текучести, при нагреве выше 100 °С физический предел текучести пропадает, и арматура деформируется с условным пределом текучести. В арматуре всех классов при кратковременном нагреве свыше 400 °С развиваются пластические деформации быстро натекающей ползучести.
При расчете огнесохранности после пожара используют диаграммы деформирования арматуры после кратковременного огневого воздействия в охлажденном состоянии. Диаграммы деформирования арматуры построены в зависимости от изменения относительного расчетного сопротивления арматуры растяжению или сжатию. Для промежуточных температур значения деформаций устанавливают линейной интерполяцией.
В практических расчетах предельные деформации арматуры при кратковременном высокотемпературном нагреве ограничивают при растяжении до 2 % и при сжатии до 0,5 %.
5.11. При расчете прогибов, деформаций и на трещинообразование по имеющимся исходным данным для каждой стали строят 1-й и 2-й участки диаграммы деформирования арматуры.
6. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
6.1. Изменение температуры в твердых телах рассчитывают путем решения дифференциального уравнения теплопроводности Фурье.
Поскольку у железобетонных конструкций, как правило, один размер значительно больше двух других, то решение уравнения Фурье при расчете огнестойкости достаточно проводить для одномерных и двухмерных температурных полей. Наиболее точно прогрев железобетонных конструкций определяют конечно — разностным или конечно — элементным расчетом с использованием ЭВМ.
При решении уравнения теплопроводности учитывают изменение теплофизических свойств бетона.
6.2. Расчет температур в бетоне от стандартного температурного режима производят при начальном условии, что температура бетона и внешней среды te = 20°C.
6.3. Согласно стандартам ИСО 834 и СЭВ 1000-78 температура нагреваемой среды изменяется в зависимости от времени согласно Табл. 7.
Таблица 7.
|
Время, мин |
t, °C |
Время, мин |
t, °C |
Время, мин |
t, °C |
|
5 |
576 |
50 |
915 |
120 |
1049 |
|
10 |
679 |
60 |
945 |
150 |
1082 |
|
15 |
738 |
70 |
970 |
180 |
1110 |
|
20 |
781 |
80 |
990 |
210 |
1133 |
|
25 |
810 |
90 |
1000 |
240 |
1153 |
|
30 |
841 |
100 |
1025 |
270 |
1170 |
|
40 |
885 |
110 |
1035 |
300 |
1186 |
6.4. Для обогреваемых поверхностей конструкций при пожаре принимают одинаковые условия теплообмена с нагреваемой средой.
