Экспертиза строительных конструкций и расчеты их пределов огнестойкости

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Кафедра: Пожарной безопасности в строительстве

Дисциплина: Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре

Курсовой проект

Тема: «Экспертиза строительных конструкций и расчеты их пределов огнестойкости»

Вариант №1132812161

Выполнил: курсант уч. группы 2510

ряд. вн. сл. Каракулов Д.Н.

Проверил: преподаватель кафедры

майор вн. сл. Приступюк Д.Н.

Москва 2013

Содержание

1. Характеристика здания и конструкций.................................................... 3

1.1 Краткая характеристика здания.................................................... 3

1.2 Краткая характеристика строительных конструкций.......................... 3

2.Экспертиза строительных конструкций.................................................... 5

3.Определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций расчетом.............................................................................................................. 6

3.1 Расчет предела огнестойкости многопустотной плиты................ 6

3.2 Расчет предела огнестойкости ригеля......................................... 11

3.3 Расчет предела огнестойкости колонны...................................... 24

4. Выводы и технические решения............................................................. 35

Литература.................................................................................................. 36

1. Характеристика здания и конструкций

1.1 Краткая характеристика здания

Административное здание. Количество пролетов в здании 10х13. Размеры здания в плане 60х58,5 м. Площадь этажа является площадью пожарного отсека 3510 м². Высота здания ………Конструктивная схема здания – полный железобетонный каркас вертикальные несущие конструкции – колонный, горизонтальный несущие конструкции – плиты и ригели.

Степень огнестойкости здания II, класс конструктивной пожарной опасности С0

1.2 Краткая характеристика строительных конструкций

Колонны КСР-442-52. Конструктивные особенности – колонна среднего ряда. Ширина сечения 400 мм, высота колонны 4,2 м, расчетная нагрузка 520 т. Класс бетона В25. Вид бетона на гранитном щебне ρ₀=2330 кг/м³ влажность 2%. Класс арматуры АIII, диаметр арматуры 40мм.

Ригели Р2-52-41. Конструктивная особенность ригеля – ригель с двумя полками под плиты. Расчетная нагрузка 5,2 т/м, длина ригеля 4,1 м. Класс бетона В25. Вид бетона на гранитном щебне ρ₀=2330 кг/м³ влажность 2%.Класс арматуры АIII,диаметр арматуры 32 мм, нормативное сопротивление стали арматуры R_sn=400 МПа.

Плиты ПК8-58.15. Конструктивные особенности плиты – плита с круглыми пустотами. Расчетная нагрузка 0,8 т/м² q_р=8 кН/м², длина плиты 5,8 м, ширина сечения 1,5 м. Класс бетона В25. Вид бетона на гранитном щебне ρ₀=2330 кг/м³ влажность 2%.%.Класс арматуры АIV,диаметр арматуры 14,12 мм, нормативное сопротивление стали арматуры R_sn=600 МПа.

2.Экспертиза строительных конструкций.

№	Наименование конструкций	Требуется		Обоснование	Фактически		Обоснование	Заключение
		Птр	Ктр		Пф	Кф
1	Колонна	R90	K0	ФЗ №123	R190	K0	расчет.	Соответствует
2	Ригель	R90	K0		R120	K0	расчет.	Соответствует
3	Плита	REI45	K0		R76	К0	расчет.	Соответствует

3.Определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций расчетом.

3.1 Расчет предела огнестойкости многопустотной плиты.

Найдем нормативную распределенную нагрузку:

где q_p - расчетная распределенная нагрузка, кН/м²; b_f – ширина полки, м.

Найдем максимальный изгибающий момент:

Определяем высоту полки:

где h – высота плиты, мм; D_h – диаметр пустоты, мм.

Определяем теплофизические характеристики бетона.

1) Определяем коэффициент теплопроводности бетона.

где λ₀ – начальный коэффициент теплопроводности, Вт/м°С (λ₀=1,2 Вт/м°С берем из таблицы 2.2 [1]); a_λ - коэффициент температуропроводности, Вт/м°С² (a_λ =-0,00035 Вт/м°С² берем из таблицы 2.2 [1]); t_b - критическая температура прогрева бетона принимаем 450°С.

2) Определяем теплоемкость бетона.

где с₀ – начальный теплоемкость бетона, Дж/кг°С (с₀=710 Дж/кг°С берем из таблицы 2.2 [1]); a_с - коэффициент температуропроводности, Дж/кг°С² (a_с =0,84 Дж/кг°С² берем из таблицы 2.2 [1]); t_b - критическая температура прогрева бетона принимаем 450°С.

Определим приведенный коэффициент температуропроводности на рассматриваемом прогретом участке ЖБК определяется с учетом влажности бетона.

где W – весовая влажность бетона, %

Определим расстояние он обогреваемой поверхности плиты до центра рабочей предварительно напряженной арматуры, так как в плите есть арматуры двух разных классов то а находим по формуле.

где а₁,а₂ - расстояние он обогреваемой поверхности плиты до центра рабочей арматуры каждого класса, мм; А₁,А₂ – площадь сечения арматуры, мм²(см. табл.2.5[1] для диаметра арматуры 12 мм их 2 шт. A₁=226 мм², для диаметра арматуры 14 мм их 2 шт. A₂=308 мм²).

а_n=a_l+0,5d_s

где a_l – толщина защитного слоя бетона принимаем за 20 мм, d_s – диаметр арматуры

а₁=20+0,5·12

а₁=26 мм

а₂=20+0,5·14

а₂=27 мм

Решение статической (прочностной) задачи

Определяем высоту сжатой зоны бетона (x_tem) предполагая что x_tem<h_f.

где R_bn – нормативное сопротивление бетона, МПа (см. табл.2.1. R_bn=18,5 МПа); b_f – ширина сжатой полки, мм; 0,9 – коэффициент для много пустотных плит.

x_tem(8,9мм)<h_f(30 мм)

Найдем степень нагруженности плиты.

где R_sn – нормативное сопротивление арматуры, Мпа (см.табл.2.3.[1] R_sn=600 МПа);A_s,tot –суммарная площадь сечения арматуры, м².

По степени нагруженности найдем температуру прогрева арматуры используя таблицу 2.4. t_s=475°C.

где t_н – начальная температура принимаем за 20°С.

Ф=0,624

Решим теплотехническую задачу.

П_ф=R(0,9τ)

П_ф=R76

Принимаем П_ф=R76

3.2 Расчет предела огнестойкости ригеля.

Найдем максимальный изгибающий момент:

Для дальнейших расчетов задаемся интервалами времени τ_n, равными τ₁=60 мин., τ₂=120 мин., τ₃=180 мин.

Найдем значения для τ₁=60 мин.=3600 с.

Расчет пролетного сечения.

Решение теплотехнической задачи

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s,tem=0,85

Решение прочностной задачи.

Определяем несущую способность арматуры в нижнем поясе.

Определяем несущую способность арматуры в верхнем поясе.

Определяем высоту сжатой зоны x_tem.

если a^’<x_tem≤h_р то

Расчет опорного сечения. Учитываем прогрев только верхней арматуры

Решение теплотехнической задачи.

Определяем слой не несущего слоя бетона.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,4878, Ф₁=0,462 .

Решение прочностной задачи.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,7875, Ф₁=0,891 .

Найдем толщину не несущего слоя бетона

Проверка

Найдем значения для τ₁=120 мин.=7200 с.

Расчет пролетного сечения.

Решение теплотехнической задачи

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s,tem=0,763

Решение прочностной задачи.

Определяем несущую способность арматуры в нижнем поясе.

Определяем несущую способность арматуры в верхнем поясе.

Определяем высоту сжатой зоны x_tem.

если a^’<x_tem≤h_р то

Расчет опорного сечения. Учитываем прогрев только верхней арматуры

Решение теплотехнической задачи.

Определяем слой не несущего слоя бетона.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,4878, Ф₁=0,467 .

Решение прочностной задачи.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,9218, Ф₁=1,246.

Найдем толщину не несущего слоя бетона

Проверка

Найдем значения для τ₁=180 мин.=10800 с.

Расчет пролетного сечения.

Решение теплотехнической задачи

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s,tem=0,6878

Решение прочностной задачи.

Определяем несущую способность арматуры в нижнем поясе.

Определяем несущую способность арматуры в верхнем поясе.

Определяем высоту сжатой зоны x_tem.

если a^’<x_tem≤h_р то

Расчет опорного сечения. Учитываем прогрев только верхней арматуры

Решение теплотехнической задачи.

Определяем слой не несущего слоя бетона.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,5018, Ф₁=0,479 .

Решение прочностной задачи.

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=1,00, Ф₁=2,87.

Найдем толщину не несущего слоя бетона

Проверка

Принимаем П_ф=R120

3.3 Расчет предела огнестойкости колонный.

Найдем усилие от действия нормативной нагрузки :

где N_p – расчетная усилие , кН.

Для дальнейших расчетов задаемся интервалами времени τ_n, равными τ₁=60 мин., τ₂=120 мин., τ₃=180 мин.

Найдем значения для τ₁=60 мин.=3600 с.

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s1,tem=0,8575; γ_s2,tem=0,9162

Определяем толщину не несущего слоя бетона δ_tem,x= δ_tem,y= δ_tem

Найдем избыточную температуру в центре сечения:

Для этого найдем коэффициент избыточной температуры

где t_b,cr – критическая температура бетона, °С(см.табл.2.2.[1] t_b,cr=650°C).

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,4878, Ф₁=0,462 .

Проверка:

Проверка выполнена.

Найдем размеры сжатой зоны:

Найдем коэффициент продольного изгиба φ(см. табл.4.1[1] ) он зависит от соотношения l₀/b_tem.

l₀/b_tem=4,2/0,3778=11

φ=0,97

Найдем несущую способность колонны при τ₁=3600 с.

где R_sn – нормативное сопротивление арматуры, Мпа (см.табл.2.3.[1] R_sn=400 МПа).

Найдем значения для τ₁=120 мин.=7200 с.

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s1,tem=0,7275; γ_s2,tem=0,836.

Определяем толщину не несущего слоя бетона δ_tem,x= δ_tem,y= δ_tem

Найдем избыточную температуру в центре сечения:

Для этого найдем коэффициент избыточной температуры

где t_b,cr – критическая температура бетона, °С(см.табл.2.2.[1] t_b,cr=650°C).

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,4904; Ф₁=0,478 .

Проверка:

Проверка выполнена.

Найдем размеры сжатой зоны:

Найдем коэффициент продольного изгиба φ(см. табл.4.1[1] ) он зависит от соотношения l₀/b_tem.

l₀/b_tem=4,2/0,3462=12

φ=0,96

Найдем несущую способность колонны при τ₁=7200 с.

где R_sn – нормативное сопротивление арматуры, Мпа (см.табл.2.3.[1] R_sn=400 МПа).

Найдем значения для τ₁=180 мин.=10800 с.

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s1,tem=0,65; γ_s2,tem=0,779.

Определяем толщину не несущего слоя бетона δ_tem,x= δ_tem,y= δ_tem

Найдем избыточную температуру в центре сечения:

Для этого найдем коэффициент избыточной температуры

где t_b,cr – критическая температура бетона, °С(см.табл.2.2.[1] t_b,cr=650°C).

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,5018, Ф₁=0,479.

Проверка:

Найдем размеры сжатой зоны:

Найдем коэффициент продольного изгиба φ(см. табл.4.1[1] ) он зависит от соотношения l₀/b_tem.

l₀/b_tem=4,2/0,3234=13

φ=0,945

Найдем несущую способность колонны при τ₁=10800 с.

где R_sn – нормативное сопротивление арматуры, Мпа (см.табл.2.3.[1] R_sn=400 МПа).

Найдем значения для τ₁=190 мин.=11400 с.

Найдем коэффициенты теплотехнических характеристик бетона.

Рассчитываем температуру прогрева арматуры.

где t_н – начальная температура арматуры принимаем равным 20°С

По таблице 2.4[1] в зависимости от температуры прогрева арматуры и класса арматуры найдем коэффициент условной работы арматуры γ_s1,tem=0,65; γ_s2,tem=0,7745.

Определяем толщину не несущего слоя бетона δ_tem,x= δ_tem,y= δ_tem

Найдем избыточную температуру в центре сечения:

Для этого найдем коэффициент избыточной температуры

где t_b,cr – критическая температура бетона, °С(см.табл.2.2.[1] t_b,cr=650°C).

Найдем значение аргумента функции ошибок по приложению[1] erf(Ф₁)=0,5041, Ф₁=0,441.

Проверка:

Найдем размеры сжатой зоны:

Найдем коэффициент продольного изгиба φ(см. табл.4.1[1] ) он зависит от соотношения l₀/b_tem.

l₀/b_tem=4,2/0,3196=13

φ=0,945

Найдем несущую способность колонны при τ₁=11400 с.

где R_sn – нормативное сопротивление арматуры, Мпа (см.табл.2.3.[1] R_sn=400 МПа).

Принимаем П_ф=R190

4. Выводы и технические решения.

В ходе экспертизы определили, что конструкции колонны КСР-442-52,плиты ПК8-58.15, ригели Р2-52-41соответствуют требованиям ФЗ №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности », так как конструкции соответствуют требованиям по пределам огнестойкости то здание можно ввести в эксплуатацию.

Технических решений не требуется.

Литература

1. Огнестойкость железобетонных конструкций. В.М. Бубнов, А.С. Карпов.

2. 2.13130.2009 Системы противопожарной защиты обеспечение огнестойкости объектов защиты

3. ФЗ №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»