Расчет железобетонной колонны на огнестойкость.

Дано: Железобетонная колонна, сечением 0,4´0,4 м, расчетная длина колонны l₀=2,35 м.

Нормативная нагрузка на колонну N=1350/1,2=1125 кН.

Бетон класса В20 (R_b=11,5 МПа, R_bn=15 Мпа, R_bu=13,53 Мпа) на гранитном щебне.

Арматура: класса А-III (R_sc=365 Мпа, R_sn=390 Мпа, R_su=433 Мпа), площадь сечения А_s,ltot=10,18 см².

Расстояние от поверхности колонны до края арматуры y=0,04 м.

Решение:

При проведении расчетов следует принимать начальную температуру конструкции t_н=20⁰C; температурный режим пожара соответствующим температурному режиму стандартных огневых испытаний на огнестойкость, который описывается выражением:

t⁰(t)=345lg(8t+1)+t_н,

где t-время воздействия пожара, ч;

t⁰(t)-температура пожара, воздействующая на конструкцию в момент времени

Рис.9.1.График зависимости t⁰(t)

1. Решаем теплотехническую задачу огнестойкости, применительно к рассматриваемой конструкции-проводим расчет температур прогрева арматуры и бетона колонны в заданный момент времени воздействия стандартного пожара.

Рис. 9.2. Расчетная схема определения огнестойкости железобетонной колонны, подвергаемой четырехстороннему воздействию пожара.

1.1.Выбираем схему температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рис.9.2.) и рассмотрим его воздействие в момент времени t₁=2 ч.

1.2. Определяем значение приведенного коэффициента температуропроводности прогреваемого слоя бетона колонны:

Для тяжелого бетона на гранитном щебне (табл.9.3.2.[15])

a_red=0,00133 м²/ч

1.3. Определяем значение коэффициентов j₁и j₂

Согласно табл.9.3.3., при r=2350 кг/м³, имеем:

j₁=0,62, j₂=0,5.

1.4. Определяем температуру прогрева арматуры Т_s колонны в первый расчетный момент времени воздействия пожара t₁=2 ч.

В силу симметричности сечения колонны и воздействия пожара на нее, рассмотрим один из четырех арматурных стержней, расположенными между обогреваемыми поверхностями I и III.

Определяем значение параметра l:

Определяем значение параметров x^*₁= x^*₃ и x^*₂= x^*₄

x^*₁= x^*₃=y+j₂×d_s+j₁Öa_red,

где x^*_i-расстояние от рассматриваемой точки сечения до i-ой точки обогреваемой поверхности до ближайшего а ней края арматуры.

d_s-диаметр арматуры

x^*₁= x^*₃=0,04+0,01+0,0226=0,0726

Для него r₁= r₃ r₂= r₄

r₁= r₃= x^*_i/l=0,0726/0,179=0,406

x^*₂= x^*₄=(h-y- d_s) +j₂×d_s+j₁Öa_red=(0,4-0,04-0,018)+0,01+0,0226=0,373 м.

x^*₂= x^*₄>l, то принимаем r₂= r₄=1.

Определяем значение температуры Т_s

Т_s(t₁=2) = 1220-1200[1-(1-r₁)²-(1-r₂)²][1-(1-r₃)²-(1-r₄)²]=1220-1200[1-(1-0,406)²][1-(1-0,406)²]=718 ⁰С

1.5. Определяем площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в первый расчетный момент времени t₁=2.

Определяем значение критической температуры прогрева бетона колонны. Согласно табл.9.3.6. [15], для тяжелого бетона на гранитном заполнителе, имеем:

Т^cr_b=500⁰С

Определяем значение параметра r для середины обогреваемой поверхности:

r=(b/2+j₁Öa_red)/l=(0,2+0,0226)/0,179=1,24>1, поэтому принимаем r=1, и соответственно параметр W=1-2(1-r²)²=1-2(1-1²)²=1.

Определяем значение параметра r₃

 

Определяем значение толщины критически прогретого слоя бетона у середины прогреваемой поверхности:

d_c^cr=r₃×l-j₁Öa_red=0,373×0,179-0,0226=0,044 м

Определяем значение С:

С=(h/2-d _c^cr)=0,2-0,044=0,156 м.

Определяем значение r в углу колонны

Определяем значение d_c^cr в углу колонны

И, соответственно, определяем b

b=h/2-d_y^cr=0,2-0,147=0,053 м.

Определяем значение поправки

y=b/c-0,2=0,053/0,156-0,2=0,14<1

Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент воздействия пожара t=2 ч будит равна

А=F=y(2l)²=0,14(2×0,179) ²=0,018 м².

а сторона h_b рабочего сечения бетона будит равна

h_b=ÖF=0,134 м.

2. Решаем прочностную задачу огнестойкости, применительно к рассматриваемой конструкции- определяем несущую способность колонны в момент времени t=2 ч воздействия пожара.

2.1. Определяем значение коэффициента продольного изгиба колонны j(t=2 ч), с учетом уменьшения рабочего сечения бетона колонны при воздействии пожара.

Согласно табл.9.3.9.(Б)[15] имеем:

h_b(t=2 ч)=0,134

l/ h_b=2,35/0,134=17,54Þj=0,85.

2.2. Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре g_s,T арматуры колонны при t=2 ч.

Согласно табл. 9.3.7. [15] для стали класса А-III имеем при при

Т_s=718 ⁰С g_s,T=0,1.

2.3. Определяем несущую способность Ф(t=2 ч) колонны в момент времени воздействия пожара t=2 ч.

Ф(t=2 ч)=j(R_su×g_s,T×A_s,tot+R_bu×A)=0,85(433×0,1×10,18×10^-4+13,53×0,018)10⁶=245 кН.

2.4. Проверяем условие наступления предельного состояния колонны по признаку “R”-потере несущей способности на момент времени воздействия пожара t=2 ч.

Ф(t=2 ч)<N_н=1125 кН

Соответственно предел огнестойкости рассматриваемой колонны по признаку “R” менее 2 ч. Для точного определения предела огнестойкости рассматриваемой колонны принимаем второй расчетный момент времени воздействия пожара t₂=1 ч.

3. Решаем теплотехническую задачу огнестойкости проводим расчет температур прогрева арматуры и бетона колонны в заданный момент времени воздействия стандартного пожара t₂=1 ч.

Аналогично п.1.

Выбираем схему температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рис.9.2.) и рассмотрим его воздействие в момент времени t₂=1 ч.

Определяем значение параметров x^*₁= x^*₃ и x^*₂= x^*₄

x^*₁= x^*₃=0,0726 r₁= r₃=0,0726/0,126=0,575

Поскольку x^*₂= x^*₄=0,373>0,126=l r₂= r₄=1.

Т_s(t₂=1 ч)= 1220-1200[1-(1-0,575)²][1-(1-0,462)²]=415 ⁰С

Площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в первый расчетный момент времени t₂=1ч.

Т^cr_b=500⁰С

Определяем значение параметра r для середины обогреваемой поверхности:

r=(b/2+j₁Öa_red)/l=(0,2+0,0226)/0,126=1,77>1, поэтому принимаем r=1, и соответственно параметр W=1-2(1-r²)²=1-2(1-1²)²=1.

Определяем значение параметра r₃

 

Определяем значение толщины критически прогретого слоя бетона у середины прогреваемой поверхности:

d_c^cr=r₃×l-j₁Öa_red=0,373×0,126-0,0226=0,024 м

Определяем значение С:

С=(h/2-d _c^cr)=0,2-0,024=0,176 м.

Определяем значение r в углу колонны

Определяем значение d_c^cr в углу колонны

И, соответственно, определяем b

b=h/2-d_y^cr=0,2-0,0428=0,157 м.

Определяем значение поправки

y=b/c-0,2=0,157/0,176-0,2=0,69<1

Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент воздействия пожара t=2 ч будит равна

А=F=y(2l)²=0,69(2×0,126) ²=0,044 м².

а сторона h_b рабочего сечения бетона будит равна

h_b=ÖF=0,209 м.

4. Решаем прочностную задачу огнестойкости, применительно к рассматриваемой конструкции- определяем несущую способность колонны в момент времени t=1 ч воздействия пожара.

4.1. Определяем значение коэффициента продольного изгиба колонны j(t=1 ч), с учетом уменьшения рабочего сечения бетона колонны при воздействии пожара.

Согласно табл.9.3.9.(Б)[15] имеем:

h_b(t=1 ч)=0,209

l/ h_b=2,35/0,209=11,24Þj=0,97.

4.2. Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре g_s,T арматуры колонны при t=1 ч.

Согласно табл. 9.3.7. [15] для стали класса А-III имеем при при

Т_s=415 ⁰С g_s,T=1,0.

4.3. Определяем несущую способность Ф(t=1 ч) колонны в момент времени воздействия пожара t=1 ч.

Ф(t=1 ч)=j(R_su×g_s,T×A_s,tot+R_bu×A)=0,97(433×1×10,18×10^-4+13,53×0,044)10⁶=1005 кН.

4.4. Проверяем условие наступления предельного состояния колонны по признаку “R”-потере несущей способности на момент времени воздействия пожара t=1 ч.

Ф(t=1 ч)<N_н=1125 кН

Соответственно предел огнестойкости рассматриваемой колонны по признаку “R” менее 1 ч. Для точного определения предела огнестойкости рассматриваемой колонны принимаем третий расчетный момент времени воздействия пожара t₃=0,5 ч.

5. Решаем теплотехническую задачу огнестойкости проводим расчет температур прогрева арматуры и бетона колонны в заданный момент времени воздействия стандартного пожара t₃=0,5ч.

Аналогично п.1.

Выбираем схему температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рис.9.2.) и рассмотрим его воздействие в момент времени t₃=0,5 ч.

Определяем значение параметров x^*₁= x^*₃ и x^*₂= x^*₄

x^*₁= x^*₃=0,0726 r₁= r₃=0,0726/0,089=0,81

Поскольку x^*₂= x^*₄=0,373>0,212=l r₂= r₄=1.

Т_s(t_3,=0,5 ч)= 1220-1220[1-(1-0,81)²][1-(1-0,81)²]=105 ⁰С

Площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в третий расчетный момент времени t_,=0,5 ч.

Т^cr_b=500⁰С

Определяем значение параметра r для середины обогреваемой поверхности:

r=(b/2+j₁Öa_red)/l=(0,2+0,0226)/0,126=1,77>1, поэтому принимаем r=1, и соответственно параметр W=1-2(1-r²)²=1-2(1-1²)²=1.

Определяем значение параметра r₃

 

Определяем значение толщины критически прогретого слоя бетона у середины прогреваемой поверхности:

d_c^cr=r₃×l-j₁Öa_red=0,373×0,089-0,0226=0,011 м

Определяем значение С:

С=(h/2-d _c^cr)=0,2-0,011=0,19м.

Определяем значение r в углу колонны

Определяем значение d_c^cr в углу колонны

И, соответственно, определяем b

b=h/2-d_y^cr=0,2-0,024=0,176 м.

Определяем значение поправки

y=b/c-0,2=0,176/0,19-0,2=0,73

Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент воздействия пожара t=2 ч будит равна

А=F=y(2l)²=0,73(2×0,089) ²=0,057 м².

а сторона h_b рабочего сечения бетона будит равна

h_b=ÖF=0,239 м.

6. Решаем прочностную задачу огнестойкости, применительно к рассматриваемой конструкции- определяем несущую способность колонны в момент времени t=0,5 ч воздействия пожара.

6.1. Определяем значение коэффициента продольного изгиба колонны j(t=0,5 ч), с учетом уменьшения рабочего сечения бетона колонны при воздействии пожара.

Согласно табл.9.3.9.(Б)[15] имеем:

h_b(t=0,5 ч)=0,239

l/ h_b=2,35/0,239=9,83Þj=0,99

6.2. Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре g_s,T арматуры колонны при t=0,5 ч.

Согласно табл. 9.3.7. [15] для стали класса А-III имеем при при

Т_s=105 ⁰С g_s,T=1,0.

6.3. Определяем несущую способность Ф(t=0,83 ч) колонны в момент времени воздействия пожара t=0,5 ч.

Ф(t=0,5 ч)=j(R_su×g_s,T×A_s,tot+R_bu×A)=0,99(433×1×10,18×10^-4+13,53×0,057)10⁶=1198 кН.

6.4. Проверяем условие наступления предельного состояния колонны по признаку “R”-потере несущей способности на момент времени воздействия пожара t=0,5 ч.

Ф(t=0,3 ч)>N_н=1125 кН

Соответственно предел огнестойкости рассматриваемой колонны по признаку “R” более 0,5 ч.

Это означает, что фактический предел огнестойкости колонны находится между моментами времени 0,5ч-2ч.

6.6 Определяем искомое значение предела огнестойкости колонны.

Строим график.

 

Точка пересечения прямой Ф(t) с уровнем эксплуатационной нагрузки N и будит соотвестствовать пределу огнестойкости t_f,t(R)=R41.

 

Молниезащита здания.

 

Молниезащита- система защитных устройств и мероприятий, применяемых в промышленных и гражданских сооружениях для защиты от аварий, пожаров при попадании в них молнии- особого вида электрического тока, источником которого является атмосферный заряд, накопленный грозовыми облаками. Защита от поражения молнией зависит от типа здания и от среднегрозовой деятельности атмосферы.

Гаражи относятся к зданиям III категории молниезащиты. Здания этой категории должны иметь защиту от прямых ударов молнии и запасы высоких потенциалов по надземным проводящим коммуникациям. Для этого устанавливаются молниеотводы.

Грозовая деятельность может быть оценена ожидаемым количеством поражений молнией в год здания

N=[(S+6h)/(L+6h)-7,7h²]n×10^-6,

где h-наибольшая высота здания, м;

S,L-соответственно ширина и длина здания, м;

n- среднегодовое число ударов молнией в 1 км² земной поверхности в месте поражения здания, n=12, т.к. в данном районе интенсивность грозовой деятельности в часах за год равна 80-100 ч.

N=[(37,2+6×18)/(60+6×18)-7,7×18²]12×10^-6=0.

 

 

Молниезащита III категории выполняется молниеприемной сеткой. Она выполняется из стальной сетки d=6 мм и уложена на кровлю сверху или под несгораемых утеплитель или гидроизоляцию. Шаг ячеек 6´6 м. Узлы сетки соединяются сваркой. Выступающие металлические элементы присоединяются к молниеприемной сетке, а выступающие неметаллические элементы оборудованы дополнительными молниеприемниками, также присоединенными к молниеприемной сетке.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: