книги из ГПНТБ / Ильин, Н. А. Огнестойкость железобетонных и каменных конструкций лекции для студентов специальностей ПГС и СХС

М В С £ 0 Р С Ф С Р

КУЙБЫШЕВСКИЙ ИНЖЕНЕРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. А. И. МИКОЯНА

Кафедра железобетонных и каменных конструкций

Н. А. И Л Ь И Н

ОГНЕСТОЙКОСТЬ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

И КАМЕННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Лекции для студентов специальностей ПГС и СХС

Утверждено советом института 17 сентября 1973 г.

КУЙБЫШЕВ 1974

§ 1. ОГНЕСТОЙКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

Вопросы огнестойкости строительных конструкций в профи­ лактических мероприятиях по предупреждению пожаров, умень­ шению убытка от них и снижению риска для людей имеют пер­ востепенное значение. Проектируя здание или сооружение, ин­ женер должен умело применять современные методы обеспече­ ния огнестойкости строительных конструкций.

Вучебные дисциплины «Железобетонные, бетонные и камен­ ные конструкции» (для специальности ПГС) и «Строительные конструкции» (для специальности СХС) входит изучение измене­ ния свойств материалов конструкций в результате воздействия высоких температур, а также изучение основ расчета огнестой­ кости железобетонных и каменных элементов конструкций.

Впрофилирующем курсе по железобетонным и каменным конструкциям условия огнестойкости элементов зданий и соору­ жений рассматривают применительно к конкретным инженерным конструкциям. Считают, что общие понятия огнестойкости зда­ ний студент получает при изучении соответствующих тем курса «Охрана труда» в разделе «Пожарная профилактика». Следова­ тельно, в данной работе опускаются такие вопросы, как класси­ фикация строительных материалов по возгораемости, огнестой­ кость металлических конструкций, огнезащита сгораемых (дере­ вянных, пластмассовых и др.) конструкций, подразделение зда­ ний по степени огнестойкости и т. п.

Систематизация материала по огнестойкости железобетонных

икаменных конструкций в данной лекции поможет студентам при подготовке к экзамену, а также при выполнении курсовых работ и дипломных проектов.

Огнестойкостью называют свойство строительной конструк­ ции сохранять несущую и огнепреграждающую способность в

условиях огневого воздействия. Под огневым воздействием пони­ мают кратковременное (до 6 -час ) действие высоких температур порядка 1000—1200° С в случае пожара, аварии, огневых испы­ таний и т. п.

3

Потерей несущей способности строительной конструкции счи­ тают обрушение ее в период огневого воздействия или после не­ го. Для конструкций зданий и сооружений, к которым предъяв,- ляются требования сохранности после огневого воздействия, под понятием потери несущей способности подразумевают необра­ тимое снижение их эксплуатационных свойств (прочности, жест­ кости и деформативности) сверх допустимых величин, при кото­ ром конструкции не могут эксплуатироваться без усиления.

Потерей огнепреграждающей способности при огневом воз­ действии считают прогрев необогреваемой поверхности конструк­ ции до температуры самовоспламенения некоторых веществ (в среднем на 140° С) или образование сквозных трещин и отвер­ стий, через которые проникают продукты горения или пламя.

Огнестойкость строительных конструкций характеризуется пределом огнестойкости, определяемым периодом времени (в час) от начала огневого воздействия до потери конструкцией не­ сущей или огнепреграждающей способности.

Предел огнестойкости запроектированной или изготовленной строительной конструкции называют фактическим Я ф .

Предел огнестойкости строительной конструкции, определяе­ мый нормами или условиями безопасности, называют требуемым ПТр.

Предел огнестойкости железобетонных и каменных конст­ рукций определяют опытным (экспериментальным) или расчет­ ным (аналитическим) путем.

§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. МЕТОДИКА ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ

Для определения пределов огнестойкости строительных конструкций'экспвриментальным путем сооружают огневые установ­ ки (печи), в которых создаются условия горения веществ и ма­ териалов, соответствующие реальным пожарам в зданиях или сооружениях.

Количество образцов-близнецов при огневых испытаниях при­ нимают не менее двух. Образцы несущих конструкций испыты­ вают под нормативной нагрузкой в соответствии с проектными расчетными схемами. Элементы стен, перекрытий и покрытий при испытании подвергают одностороннему огневому воздейст­ вию; образцы перекрытий испытывают огнем снизу, балки _ с трех сторон; колонны и фермы — со всех сторон поперечного сечения. Температурный режим в огневых печах поддерживают

4

по стандартной (нормативной[4]) кривой «температура—время» (рис. 1), значения которой определяют по формуле

1 I к 6 $ iO 15 30 И 90120 НО ЗЙ360

Рис. 1. Стандартная (нормированная) зависимость «температура—вре­ мя» tc—т

2.2.ПРИЗНАКИ ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ

Огнестойкость железобетонных и каменных конструкций ха­ рактеризуется следующими признаками:

I — признаками, свидетельствующими о потере конструкцией

огнепреграждающей способности (случай I);

5

II — признаками, свидетельствующими о потере конструк­

цией несущей способности (случай II).

Признаки предела огнестойкости по случаю I нормированы строительными правилами [4]:

1)образование в конструкции сквозных трещин или отвер­ стий, через которые проникают продукты горения или пламя;

2)повышение температуры на необогреваемой поверхности

конструкции в среднем более чем 140° С; 3) обрушение конструкции.

Из признаков предела огнестойкости нормы по случаю II учитывают только полное разрушение (обрушение) конструкции. Однако продолжительность огневому сопротивлению конструк­ ций до полного разрушения имеет значение только для конст­ рукций зданий, к которым не предъявляются требования сохран­ ности после пожара. Вследствие этого имеются две исходные ве­ личины, которые характеризуют надежность конструкций по не­ сущей способности:

а) время до полного разрушения в условиях огневого воз­ действия или после него;

б) время огневого воздействия, по истечении которого про­ исходит необратимая потеря прочности, жесткости и деформативности конструкции больше допустимых величин.

Оценку огнестойкости по случаю II, б производят по мини­ мальному времени сопротивления конструкций воздействию ог­ ня до появления одного из признаков, свидетельствующих о по­

где f0-0 — остаточный прогиб конструкции после ее охлаждения; /н" — начальный прогиб от нормативной нагрузки; / с — величина строительного подъема и выгиба;

/0., — прогиб остывшей и разгруженной конструкции после повторного нагружения;

снпр — предельный относительный прогиб от нормативной на­ грузки согласно СНиП П-А. 10-71;

/ _ расчетная длина (пролет) конструкцйи;

6

Рразр— несущая способность конструкции до огневого воздей­ ствия;

Рt разр —■ остаточная несущая способность конструкции после огневого воздействия.

§ 3 . ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

При оценке потери несущей способности железобетонных и каменных конструкций учитывают изменения прочностных и деформативных характеристик строительных материалов при ог­ невом воздействии и после него.

3.1. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ АРМАТУРНЫХ СТАЛЕЙ

При нагреве до высоких температур механические свойства арматурных сталей изменяются. Это связано с тем, что при из­ менении температуры в материалах происходят сложные физи­ ко-химические процессы. Изменение прочностных свойств раз­ личных арматурных сталей при нагреве показано на рис. 2, а.

Стали холоднообработанные при нагреве утрачивают наклеп. Температура, при которой происходит необратимая потеря на­ клепа («отжиг») сталей, зависит от величины начального упроч­

нения и снижается с 400° С при ^" = 5500 кгс/см2 до 200° С при /?ан—18000 кгс/см2. Нагрев выше температуры «отжига» связан с явлением рекристаллизации стали и, вследствие этого, с по­ вышением пластичности. Это сопровождается снижением проч­ ности и увеличением деформаций ползучести.

Горячекатаная низколегированная сталь класса А-III при нагреве до 400° С упрочняется, а при более высокой температуре ее прочность снижается, однако с меньшей интенсивностью, чем это отмечается у других сталей.

После нагрева до определенной температуры и последующего охлаждения прочность арматурных сталей восстанавливается в различной степени (рис- 2, б). Снижение прочности горячеката­ ных сталей, нагретых до 600°С, является обратимым. Прочность стали марки 25Г2С восстанавливается и вследствие закалки ста­ новится более высокой. Высокопрочная арматурная сталь вос­ станавливает прочность только частично за счет улучшения пластических свойств после остывания.

В результате воздействия высоких температур изменяются и другие свойства арматурных сталей. С возрастанием темпера-

.туры нагрева снижается модуль упругости арматурных сталей (рис. 3), увеличиваются температурные деформации, ползучесть и релаксация напряжений. Деформации стали, вызванные сни-

7

жением модуля упругости и температурной ползучестью, необра­ тимы.

Температурная ползучесть зависит от скорости нагрева, ве­ личины начальных напряжений и вида стали.

Рис. 3. Снижение модуля упругости арматурных сталей с различным содержанием углерода (обо­ значения сталей приведены на рис. 2).

Ползучесть горячекатаной низколегированной стали марки 30ХГ2С при постоянной величине преднапряжений, равной 3800 кгс/см2, заметно проявляется при кратковременном нагреве до 200°С (рис. 4, а). С увеличением температуры от 250 до 300°С величина деформаций ползучести увеличивается в 2,2 раза до величины &п—1,9-10 3, что приводит к полной потере преднапряжения.

Характеристика температурной ползучести высокопрочной проволоки из стали класса Вр-П в зависимости от температуры нагрева и начальных напряжений показана на рис. 4, б. С воз­ растанием преднапряжения от 4000 до 9000 кгс/см2 npi/ темпе­ ратуре 300е С деформация ползучести увеличивается в 5,5 раза. При постоянных начальных напряжениях, равных 9000 кгс/см2, с повышением температуры от 245 до 300° С происходит увели-