4.3 Расчёт предела огнестойкости ж/б колонны

Составим расчетную схему колонны:

Рис. 2.2 Расчётная схема колонны.

4.3.1. Найдём расчётные сопротивления по бетону и арматуре

Так как колонна изготовлена из бетона класса В-30 и арматуры из стали марки А-III, то расчётные значения R_su=788 (МПа) , R_bu=22,2 (МПа) и а_red=3,8·10^-7 (м²/c) принимаем как у плиты перекрытия (п.4.2.8). Для дальнейших расчётов задаёмся интервалами времени воздействия огня на колонну τ₁=0 (мин), τ₂=60 (мин), τ₃=120 (мин).

4.3.2. Определим несущую способность колонны при τ₁=0 (мин)

где φ_tem-коэффициент продольного изгиба для нагретых колонн;

φ_tem=1.0 (для отношения l₀/b = 3.7/0,5=7.4 по прил.7 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий»)

ΣА_s-суммарная площадь сечения арматуры колонны;

ΣА_s=4πR²=6·3,14·17.5²=34949.3 (мм²)

4.3.3. Определим несущую способность колонны при τ₂=60 (мин)

4.3.3.1.Найдём критерий Фурье

где К=37(с^1/2) (по прил.3 «Методические указания по выполнению курсового проекта. Пожарно-техническая экспертиза ж/б конструкций производственного здания» по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре»);

4.3.3.2.Найдём относительную высоту сжатой зоны бетона

где Х=Y=0,5h - a_l - 0,5d= 0,5·0,22 - 0,035 - 0,5·0,035=0,058(м).

4.3.3.3. Найдём коэффициент избыточной относительной температуры θ по осям X и Y.

По приложению 4 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» для значений F_ox=F_oy=0,149 и ξ=0,41 находим: θ_x=θ_y=0,3

4.3.3.4. Найдём температуру прогрева арматурных стержней при обогреве

колонны со всех сторон

где t_в – температура нагревающей среды;

4.3.3.5. Найдём коэффициент снижения прочности арматуры в зависимости

от её нагрева в напряжённом состоянии

По приложению 6 ист. «Методические указания по выполнению курсового проекта. Пожарно-техническая экспертиза ж/б конструкций производственного здания» по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» для температуры t=911 ⁰с находим:

4.3.3.6. Определяем размеры ядра бетонного сечения колонны

где значение находим по приложению 4 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» в зависимости от значений (по п.4.3.3.1.) и ,где

где - критическая температура тяжёлого бетона на гранитном щебне; по приложению 7 ист. «Методические указания по выполнению курсового проекта. Пожарно-техническая экспертиза ж/б конструкций производственного здания» по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» .

и - температура в центре неограниченной пластины, соответственно толщиной b и h.

где (по приложению 5 «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» в зависимости от отношения)

;

;

По приложению 4 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий»

находим:

4.4.3.7. Определим несущую способность колонны при τ₂=60 (мин)

4.3.4. Определим несущую способность колонны при τ₃=120 (мин)

4 .3.4.1.Найдём критерий Фурье по формуле:

4.3.4.2. Найдём коэффициент относительной избыточной температуры θ по

осям X и Y

По приложению 4 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» для значений F_ox=F_oy=0,029 и ξ=0,41 (п.4.4.3.2) находим: θ_x=θ_y=0,92

4.3.4.3. Найдём температуру прогрева арматурных стержней при обогреве

колонны со всех сторон

по формуле:

по формуле:

по формуле:

4.3.4.4. Найдём коэффициент снижения прочности арматуры в зависимости

от её нагрева в напряжённом состоянии

По приложению 6 ист. «Методические указания по выполнению курсового проекта. Пожарно-техническая экспертиза ж/б конструкций производственного здания» по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» для температуры t=821,8 ⁰с находим:

4.3.4.5. Определяем размеры ядра бетонного сечения колонны

(по приложению 5 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий») в зависимости от отношения:

;

по формуле:

;

по формуле:

Значение находим по приложению 4 ист. «Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» в зависимости от значений (по п.4.3.4.1.) и (п.4.3.4.5.) по формуле:

4.3.4.6. Определим несущую способность колонны при τ₃=120 (мин)

по формуле:

Для определения точного предела огнестойкости колонны строим график снижения несущей способности колонны от времени воздействия на неё огня.

График 1. Снижение несущей способности колонны во времени

По графику 1. определяем фактический предел огнестойкости колонны при заданной нагрузке 320 (кН): ПО_ф = R 240.

Таблица 2. Экспертиза строительных конструкций

Наименование строительной конструкции	Предусмотрено проектом			Ссылка на норм. документ		Требуется по нормам			Ссылка на норм. документ		Вывод о соотв.
	Пф,мин	Кф	Птр, мин			Ктр
Колонна	R240	К0	Опреде- ленно расчётом		R15		К0	п.5.18*(таб.4*) СНиП 21-01-97*; п.5.19(таб.5*) СНиП 21-01-97*		Соотв.
Плита перекрытия	REI 202	К0			RЕI 15		К0	п.5.18*(таб.4*) СНиП 21-01-97*; п.5.19(таб.5*) СНиП 21-01-97*		Соотв.