7 Стальные конструкции

1. Приведенная методика предназначена для расчета пределов огнестойкости стальных кон струкций или их элементов (далее — конструкций) постоянного сечения без огнезащитной обработки и облицовки по предельному состоянию R.

Допускается производить оценку пределов огнестойкости стальных конструкций с конструктивной огнезащитой при обосновании режима прогрева всей конструкции в условиях стандартного температурного режима по ГОСТ 30247.0.

2. Наступление предельного состояния R происходит при потере прочности или устойчивости конструкции, что соответствует достижению температуры нагрева сечения конструкции  критического значения _cr. Критическую температуру стальных конструкций в общем случае допускается принимать равной 500 °С.

Прочность и устойчивость конструкций определяются по СНиП II-23 с учетом температурного воздействия при пожаре. Следует учитывать возможное изменение расчетной схемы работы кон струкции, теплотехнических и механических свойств металла в рассматриваемых условиях.

Изменение сопротивления стали вследствие нагрева при пожаре устанавливается зависимостью f_yk() = f_ykk_, где f_yk — нормативное сопротивление стали, МПа, по СНиП II-23; k_ — коэффициент условий работы стали при пожаре.

3. Значение коэффициента условий работы стали при пожаре k_ определяется с использованием уравнений равновесия и деформаций по СНиП II-23, в которых необходимо коэффициент условий работы конструкции _с заменить на коэффициент условий работы стали при пожаре k_.

4. Для центрально сжатых конструкций, выполненных из стали с нормативным сопротивлением f_yk = 230 МПа или f_yk = 330 МПа, критическая температура нагрева _cr определяется по номограммам, приведенным на рисунке 7.1 (промежуточные значения определяются линейной интерполяцией).

Рисунок 7.1 — Зависимость критической температуры нагрева _cr центрально сжатых конструкций

От величины напряжения. Цифры у кривых соответствуют гибкости конструкций :

а — для стали с f_yk = 230 МПа; б — для стали с f_yk = 330 МПа

5. Критическая температура нагрева _cr в общем случае определяется на основании определенного расчетом коэффициента условий работы при пожаре k_.

Для центрально растянутых и изгибаемых стальных конструкций критическая температура нагрева _cr принимается по таблице 7.1.

Таблица 7.1

Температура cr, °С	k	Температура cr, °С	k
20	1,00	400	0,70
100	0,99	450	0,65
150	0,93	500	0,58
200	0,85	550	0,45
250	0,81	600	0,34
300	0,77	650	0,22
350	0,74	700	0,11
Примечание — Промежуточные значения cr определяются линейной интерполяцией.

6. Для центрально и внецентренно сжатых стальных конструкций критическая температура наг рева _cr определяется дополнительно по достижению критической разности краевых деформаций _cr.

7. Значение _cr для центрально сжатых конструкций определяется по формуле

, (7.1)

где  — число, равное 3,14159;

 — гибкость конструкции;

 — напряжение в сечении конструкции от действия нагрузки, МПа;

E — модуль упругости стали при температуре ₀ = 20 °C, Па;

K — коэффициент, учитывающий влияние изменения температурного прогиба на температурную деформацию ползучести стали (K = 0,5 при   125; K = 0,75 при 125    150; K = 1 при   150).

8. Значение _cr для внецентренно сжатых конструкций определяется по формуле

, (7.2)

где _m — среднее арифметическое значение напряжений в крайних волокнах расчетного сечения, Па.

Значение _m определяется исходя из следующих предпосылок:

— если , то и ;

— если , то и , где — расчетное сопротивление стали, МПа.

Значение напряжений , возникающих вследствие наличия эксцентриситета приложения действующей нагрузки, определяется по формуле

, (7.3)

где W — момент сопротивления сечения, мм³;

N — осевая (продольная) сила, кН;

e_e — расчетный эксцентриситет, м, вычисляемый по формуле

, (7.4)

здесь M_Sd — расчетный изгибающий момент, вызванный действием внешней силы, кН·м.

Критическая температура нагрева _cr, вызывающая потерю устойчивости стальных конструкций, определяется по номограммам (рисунки 7.2, 7.3). Промежуточные значения k_ определяются линейной интерполяцией.

Рисунок 7.2 — Кривые критических температур нагрева _cr, вызывающих потерю устойчивости

сжатых стальных конструкций

9. Интервал времени нагрева металла от начала действия «стандартного» пожара до достижения в расчетном сечении критической температуры нагрева _cr определяется путем решения дифференциального уравнения теплопроводности Фурье. Температура стальных конструкций при воздействии пожара принимается равномерно распределенной по сечению.

Температуру незащищенных стальных конструкций при пожаре следует определять пошаговым расчетом с использованием зависимости:

α_c· (θ - θ₀), (7.5)

где _ — температура конструкции через расчетный интервал времени, °С;

 — время, исчисляемое от начала пожара, мин;

 — плотность материала конструкции, кг/м³;

_red — приведенная толщина металла конструкции, м;

C_ — удельная теплоемкость стали конструкции при температуре _, Дж/(кг∙°С);

_c — приведенный коэффициент теплопередачи.

Допускается изменение температуры нагрева _ стальных конструкций, в зависимости от приведенной толщины металла _red и времени  воздействия «стандартного» пожара, определять по номограмме (рисунок 7.4); промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Рисунок 7.3 — Кривые критических температур нагрева _cr, вызывающих потерю устойчивости