nminni )тттп

Рис. 2.2. Схемы нагревания железобетонных конструкций в условиях пожара:

а - расчетная схема изгибаемого свободно опертого железобетонного элемента; б - схемы обогрева железобетонных плит; в - схема обогрева ригеля

При одинаковых внешних геометрических размерах сечении ьин-струкции и условиях обогрева на предел огнестойкости железобетонных элементов влияет также массивность конструкции. С увеличением массы конструкции, при всех прочих равных условиях, увеличивается ее теплоемкость, что повышает в некоторой степени предел огнестойкости. Этим объясняется некоторое снижение предела огнестойкости у многопустотных железобетонных плит примерно на 10% по сравнению с плитами, имеющими сплошное сечение.

Все рассмотренные факторы учитываются при нормировании пределов огнестойкости свободно опертых железобетонных изгибаемых элементов.

Предел огнестойкости свободно опертых плит сплошного сечения нормируется в зависимости от класса и марки продольной растянутой арматуры и толщины защитного слоя бетона, измеряемого от нижней грани плиты до центра тяжести растянутой арматуры. Для многопустотных плит и плит с продольными несущими ребрами «вверх» предел огнестойкости уменьшается на 10% по сравнению с панелями со сплошным сечением.

Предел огнестойкости ребристых свободно опертых железобетонных элементов, (плит с продольными несущими ребрами «вниз», балок, ригелей, прогонов) нормируется в зависимости от класса и марки продольной растянутой арматуры, наименьшего размера обогреваемого сечения, а также расстояния от нижней или

боковых граней сечения конструкции до центра тяжести продольной растянутой арматуры.

Несколько по-иному ведут себя в условиях пожара защемленные железобетонные элементы (плиты, ригели, балки).

При одинаковой нагрузке и нормальных условиях эксплуатации рабочая арматура у защемленных железобетонных плит малой толщины испытывает в. расчетных сечениях меньшие напряжения (рис. 2.36) по сравнению со свободно опертыми за счет перераспре-

vN,\\\\jl

Рис. 2.3. Схема работы защемленных изгибаемых элементов:

а - консольных балок; б - элементов с малой толщиной; в - балок, ригелей, прогонов

деления изгибающих моментов. При пожаре в результате распора и деформации защемленной плиты напряжения сжатия у опор в нижней части сечения начинают увеличиваться, а напряжения рабочей арматуры в середине пролета - уменьшаться. Малое плечо пары внутренних сил в сечении над опорой и сравнительно ограниченная прочность бетона при высокой температуре вызывают частичные разрушения сжатой зоны бетона у опоры, что не позволяет полностью снять напряжения с продольной растянутой арматуры. Степень разгружения рабочей арматуры в этом случае существенно зависит от толщины плиты. Плита превращается в статически определимую систему, состоящую из двух консолей и среднего участка, свободно опертого по концам консолей; разрушение такой плиты происходит вследствие образования пластического шарнира в центре среднего участка за счет нагрева арматуры до критической величины. Так как значение критической температуры рабочей ар-

матуры увеличивается с уменьшением напряжении, то и предел огнестойкости железобетонных плит в этом случае увеличивается. Его значения у жестко защемленных плит при толщине 8 см больше, чем у свободно опертых, в 1,6 раза, а при толщине плит 12 см -, в 4 раза. Предел огнестойкости жестко защемленных плит нормируется аналогично свободно опертым с последующим умножением полученного результата на коэффициент, учитывающий степень разгружения рабочей арматуры жестко защемленных элементов в зависимости от толщины плиты.

Неразрезные (многопролетные) или защемленные балки имеют достаточно большой размер по высоте. При их нагреве в условиях пожара также происходит перераспределение напряжений в расчетных сечениях. Однако разрушения бетона в сжатой зоне над опорой не наблюдается из-за достаточно большого плеча внутренних сил. Арматура над опорой в верхней части сечения балки воспринимает дополнительные напряжения, разгружая нижнюю арматуру в середине пролета (см. рис. 2.3в). Прогреть растянутую арматуру над опорой в верхней части сечения балки значительно труднее, чем в нижней части. Предел огнестойкости таких конструкций зависит от способности воспринимать нагрузки растянутой арматурой над опорой в верхней части сечения элемента и нормируется как для свободно опертых с введением поправочного коэффициента, зависящего от соотношения сечения арматуры над опорой и в пролете. *

Плиты, опертые по контуру, имеют предел огнестойкости, значительно больший по сравнению со свободно опертыми плитами по двум сторонам. Это объясняется тем, что в условиях пожара они в результате деформации превращаются в пространственные конструкции с изменением статической схемы работы. Средняя часть плит оказывается растянутой на всю толщину, а сжатая зона отодвигается ближе к контуру (рис. 2.4).

Растягивающие усилия воспринимает продольная й поперечная арматура. Степень перераспределения нагрузки на арматуру зависит от продольной и поперечной деформации плиты. У квадратных плщ (в плане) предел огнестойкости наибольший, так как.в этом случае при одинаковых продольных и поперечных деформациях нагрузка равномерно распределена на продольную и поперечную арматуру. Нормируемый предел огнестойкости таких плит определяется как для свободно опертых по двум противоположным сторонам плит с умножением на коэффициент, учитывающий соотношение сторон плиты, опертой по контуру.

В целях уменьшения массы, увеличения жесткости и трещино-стойкости железобетонных конструкций применяют предварительное напряжение, позволяющее уменьшить расход стали в конструкциях до 50% благодаря использованию арматуры высокой прочности по сравнению с расходом металла при применении стали марок Ст.З и Ст.О.

Нрсь

Рис. 2.4. Схема работы железобетонных плит, опертых по контуру, при испытании на огнестойкость

За предел огнестойкости изгибаемых предварительно напряженных железобетонных элементов принимается время нагрева продольной арматуры до температуры 200-300°С, что значительно меньше, чем для горячекатаных сталей. При нагреве холоднотянутой высокопрочной проволоки до температуры 250-300°С вследствие ползучести проволоки полностью снимается предварительное напряжение, конструкция превращается в обычную с необратимыми прогибами, эксплуатация которой становится недопустимой. Предел огнестойкости предварительно напряженных элементов примерно в два раза меньше предела огнестойкости элементов, армированных обычной горячекатаной сталью, холоднотянутой низкоуглеродистой проволокой, а также низколегированной сталью. ; В заключение необходимо остановиться на огнестойкости железобетонных колонн. По способу нагружения железобетонные колонны подразделяют на внецентренно-сжатые и центрально-сжатые. Внецентренно-сжатые колонны работают на сжатие с изгибом аналогично железобетонным балкам. Их фактический предел огне-стойкости не нормируется, а определяется расчетным методом. Как правило, предельное состояние таких конструкций в условиях пожара вызывается нагревом растянутой рабочей арматуры до значений критической температуры.

Предел огнестойкости Центрально-сжатых конструкций насту пает в результате снижения прочностных характеристик бетонного камня. При температурном воздействии в условиях пожара наруж-

ные слои бетона начинают терять, прочность из-за температурных напряжений между связующим и заполнителем и обезвоживания цементного камня. Несущее сечение колонны начинает уменьшаться, а напряжения в нем возрастать, так как внешняя нагрузка остается без изменения. Предельное состояние колонны, характеризующее наступление предела огнестойкости, появляется при напряжениях сжатия в несущем сечении колонны (критическом), близких к нормативным.

Центрально-сжатые колонны во время огневых испытаний разрушаются хрупко, как правило, в средней части по высоте. Разрушение характеризуется раздроблением бетона по всему сечению и выпучиванием продольной арматуры.

Предел огнестойкости центрально-сжатых железобетонных колонн нормируется в зависимости от сечения и нагрузки.

2.3. Огнестойкость каменных конструкций

Огнестойкость каменных конструкций зависит от их сечения, конструктивного исполнения, тегжлофизических свойств каменных материалов и способов обогрева.

По восприятию нагрузок все каменные конструкции, без применения в них каких-либо других мсатериалов, работают в основном на сжатие и подразделяются на несущие и самонесущие. Благодаря своей массивности и хорошим теплофизическим показателям каменные конструкции обладают хорошим сопротивлением действию огня в условиях пожара.

Высоким пределом огнестойкости обладают глиняные кирпичные конструкции. На основе глины промышленностью выпускается обыкновенный и эффективный глиняный кирпич (пористый, дырчатый, щелевой и пустотелый), а также пустотелые керамические блоки. В отличие от обыкновенного глиняного кирпича, эффективные кирпичи обладают меньшей плотностью и меньшим коэффициентом теплопроводности. Температура обжига кирпича составляет 950-1000°С. В условиях пожара кирпичные конструкции удовлетворительно выдерживают нагревание до 700-900°С, не снижая практически своей прочности и не обнаруживая признаков разрушения. При нагревании до 800°С наблюдаются только поверхностные повреждения кладки а виде волосяных трещин и отслаивания тонких слоев. Ограждающие конструкции, выполненные из глиняного кирпича, являются надежной преградой распространению возникшего пожара. . i

Широко применяется в строительстве также силикатный кирпич, который изготовляется из извести (6-8% ) и кварцевого песка (92- 94%). Предел огнестойкости конструкций из силикатного кирпича по прогреву такой же, как и из глиняного кирпича. Это объясняется их одинаковыми теплофизическими характеристиками. Однако по изменению прочности при действии высокой температуры силикат-

тай кирпич уступает глиняному. Результаты опытов показывают, вдо при нагревании силикатного кирпича до 300°С с последующим Наслаждением его прочность возрастает. Однако дальнейшее повышение температуры влечет за собой снижение прочности силикатного кирпича. Нагретый до 700°С, а затем охлажденный, кирпич цнижает свою прочность на 50-60%, при этом на его поверхности дабразуются трещины.

Из естественных материалов в строительстве широко применяются известняки. Пористые известняки (ракушечник, известковый уф) применяют в качестве стенового материала, а плотные (бутовый камень) - для кладки фундамента, в качестве щебня для бетона и сырья для производства извести и портландцемента.

Результаты огневых испытаний плотного известняка показали, что с повышением температуры до определенного предела наблюдается повышение прочности и при температуре 600°С она составляет 134% от первоначальной, затем снижается и при 750°С составляет 104%. Интенсивное разложение известняка на окись кальция и двуокись углерода начинается при температуре 900°С. Предел огнестойкости стен из естественных камней принимается такой же, как и стен из легкобетонных, гипсовых камней и облегченных кирпичных кладок.

Нормирование фактических пределов огнестойкости ограждающих конструкций из естественного или искусственного камня осуществляется в зависимости от вида материала, толщины или наименьшего размера сечения конструкции. При нормировании предела огнестойкости перегородок из пустотелых керамических камней за наименьший размер сечения принимается сумма толщин стенок йамней.

Предел огнестойкости перегородок из пустотелых гипсовых блоков принимается уменьшенным на 30% по сравнению с гипсовыми перегородками, имеющими сплошное сечение.

Несущую способность тонкостенных ограждающих каменных Конструкций усиливают стальным каркасом. Такие конструкции «называются фахверковыми. Огнестойкость фахверковых стен и перегородок нормируется в зависимости от их конструктивного исполнения и способов огнезащиты стального каркаса.

Предел огнестойкости колонн нормируется в зависимости от селения конструкции.

.4. Методы повышения огнестойкости железобетонных конструкций

В § 2.2 учебника рассмотрены факторы, влияющие на огнестойкость железобетонных конструкций. Эти факторы учитываются при разработке методов повышения их пределов огнестойкости.

Увеличения предела огнестойкости железобетонных конструкций можно достичь конструктивными решениями и применением материалов (бетона и стали) с лучшими термопрочностными характеристиками.