Огнестойкость металла и железобетона. Огнестойкость железобетонных конструкций
Огнестойкость каменных конструкций
Огнестойкость каменных конструкций зависит от их сечения, конструктивного исполнения, теплофизических свойств и способов обогрева. По восприятию нагрузок все каменные конструкции, без применения в них каких-либо других материалов, работают только на сжатие и подразделяются на несущие и самонесущие. Высоким пределом огнестойкости обладают глиняные кирпичные конструкции. В условиях пожара кирпичные конструкции удовлетворительно выдерживают нагревание до 900°С, не снижая практически своей прочности и не обнаруживая признаков разрушения.
Рис. 11.3. Испытания образца на огнестойкость:
1 – огневая камера, 2 – колонна, 3 – вагонетка, 4 – нагрузка
При нагревании до 800°С наблюдаются только поверхностные повреждения кладки в виде волосяных трещин и отслаивания. Конструкции, выполненные из глиняного кирпича, являются надежной преградой против распространения возникшего пожара. Предел огнестойкости конструкции из силикатного кирпича по прогреву такой же, как и из глиняного кирпича, что объясняется их одинаковыми теплофизическими характеристиками. Изменение прочности при действии высокой температуры у силикатного кирпича, по сравнению с глиняным, значительное. Стены из силикатного кирпича нельзя продолжать эксплуатировать после пожара.
Огнестойкость железобетонных конструкций
Железобетонные конструкции благодаря их негорючести и сравнительно небольшой теплопроводности довольно хорошо сопротивляются воздействию агрессивных факторов пожара, но не беспредельно. Современные железобетонные конструкции, как правило, выполняют тонкостенными, без монолитной связи с другими элементами здания, что ограничивает их способность выполнять свои рабочие функции в условиях пожара до 1 ч., а иногда и менее. Еще меньшим пределом огнестойкости обладают увлажненные железобетонные конструкции. При повышении влажности конструкции до 3,5% увеличивается предел огнестойкости, при дальнейшем повышении влажности бетона с плотностью более 1200 кг/м³ кратковременное действие пожара может вызвать взрыв и быстрое разрушение конструкции. Предел огнестойкости железобетонной конструкции зависит от размеров ее сечения, толщины защитного слоя, количества и диаметра арматуры, класса бетона и вида заполнителя, нагрузки на конструкцию и схемы ее опирания.
Огнестойкость металлических конструкций
При проектировании и строительстве промышленных и гражданских зданий применяются металлические конструкции, выполненные из стали, чугуна и сплавов алюминия. Наиболее распространены конструкции из сталей различных классов и марок, алюминия. Стальные конструкции значительно легче и удобнее в монтаже, чем равные по несущей способности железобетонные конструкции. Однако в условиях пожара под действием высокой температуры стальные конструкции часто обрушаются. Последствия пожаров, а также испытания на огнестойкость показали, что большинство стальных конструкций деформируются и теряют устойчивость и несущую способность через 15 мин интенсивного воздействия на них пожара при огневых испытаниях. Несколько дольше сопротивляются воздействию огня толстостенные стальные конструкции, а также конструкции с большим запасом прочности.
Особенно значительным разрушениям при пожарах подвергаются стальные незащищенные колонны, фермы и балки. Деформации и потеря несущей способности стальных колонн вызывают обрушение ферм и покрытий зданий. Такие пожары имеют катастрофический характер и наносят огромный материальный ущерб. Обрушившиеся строительные конструкции здания выводят из строя оборудование, сырье и готовую продукцию, способствуют дальнейшему развитию пожара.
Стальные конструкции и конструкции здания из алюминиевых сплавов выдерживают пожар продолжительностью не более 15 мин. Необходима защита таких конструкций от воздействия огня.
В строительной практике наиболее распространенным способом защиты стальных конструкций от огня является облицовка их несгораемым материалом (легкий бетон, сборные плиты из легких бетонов, керамический кирпич, пустотелые керамические камни, гипсовые и асбестоцементные плиты, штукатурка). Эффективность облицовок зависит от физико-химических свойств материалов, из которых изготовлены облицовки, а также от их способности сопротивляться воздействию огня, так как с повышением температуры происходит изменение структуры материала, теряется его прочность, появляются трещины.
Испытаниями стальных колонн, изготовленных из швеллеров или двутавров и защищенных различными облицовочными материалами, получены сравнительные характеристики теплоизолирующей способности защитных материалов.
Слой штукатурки толщиной 25 мм, нанесенный по металлической сетке, повышает предел огнестойкости стальной колонны до 50 мин. Увеличение толщины штукатурки до 50 мм повышает предел огнестойкости колонн до 2 ч. Но для штукатурки характерно значительное разрушение под действием высокой температуры, на ее поверхности образуются трещины, происходит отслоение отдельных участков поверхности, а затем обрушение части штукатурки. Оставшаяся штукатурка становится рыхлой и легко отделяется от граней колонны.
В отличие от штукатурки, облицовка стальных колонн в полкирпича при всех огневых испытаниях сохраняется и обеспечивает защиту колонны в течение 5 ч. Колонны, облицованные в четверть кирпича, имели предел огнестойкости 2 ч 10 мин. Однако, если в таких колоннах пространство между облицовкой и стальным стержнем заполнить бетоном, кирпичом, шлаком или другим несгораемым материалом, предел огнестойкости конструкции может быть увеличен до 3 ч. Стоимость облицовки стальной колонны составляет 15% ее стоимости.
Значительно сложнее защищать от воздействия пожара стальные балки и фермы. Облицовка поверхности таких конструкций плитными материалами практически невозможна. Значительные трудности вызывают также нанесение слоя штукатурки, особенно на элементы стальных ферм, поэтому такой способ защиты применяют сравнительно редко.
В настоящее время разрабатывают более простые способы защиты металлических конструкций от воздействия огня. Особый интерес представляет собой нанесение путем набрызга различных растворов, содержащих эффективные теплоизоляционные материалы.
studfiles.net
Предел огнестойкости металлических и железобетонных конструкций, зависимость от конструктивных параметров
Для количественной оценки устойчивости эксплуатируемых зданий и сооружений к воздействию открытого огня вводится понятие предела их огнестойкости. Оно определяется как время, за которое строительная конструкция теряет свои несущие, теплоизолирующие и прочностные свойства.
Стальной прокат, из которого изготавливаются металлоконструкции, не относится к категории легко сгораемых материалов, но, тем не менее, при термическом нагреве он теряет свои свойства. Указанные изменения приводят к деформации элементов строений, а также к снижению прочностных показателей и разрушению металлического сооружения.
Критические для металла температуры
Под потерей огнестойкости понимается критическое состояние объекта, предшествующее его полному разрушению. По параметру возгораемости все входящие в состав строительных конструкций материалы условно делятся на несгораемые, трудносгораемые и легкосгораемые.
Отличительной особенностью металлоконструкций является быстрая потеря ими своих противопожарных свойств в условиях сильного разогрева, характерного для классической пожарной ситуации.
В связи с этим предел огнестойкости металлических конструкций редко превышает значение 10-20 минут, а конкретная его величина зависит от целого ряда факторов.
В первую очередь она определяется интенсивностью разогрева материала, из которого сделано сооружение. В случае разового или кратковременного воздействия открытого огня, сопровождающегося скачкообразным изменением температуры, металл нагревается не так быстро (в сравнении с окружающим пространством).
При постоянном и медленном нарастании энергии нагрева в очаге пожара металл сопротивляется ему только в течение короткого времени.
По истечении этого временного промежутка его температура выравнивается с окружением. Далее, на рассматриваемый показатель существенное влияние оказывают характеристические размеры отдельных элементов конструкций, а именно приведённая толщина металлов, предел огнестойкости которых подлежит оценке и размеры площади нагрева.
С увеличением характеристических размеров металлоконструкций и уменьшением площади их непосредственного контакта с огнём, скорость повышения температуры снижается.
Ещё одним фактором, определяющим поведение изготавливаемых из металла сооружений и позволяющим поднять порог их огнестойкости, является наличие специальных защитных средств.
Из сказанного следует, что температура нагрева металлических конструкций при пожаре может принимать произвольные значения. А для оценки состояния сооружения необходим какой-то фиксированный параметр, определяющий снижение прочностных свойств металла с его накаливанием.
Для этого и вводится специальный температурный показатель (коэффициент), по достижении которого граница прочности металла в нагретом состоянии уменьшается до предельно низкой величины. Приведшее же к этой ситуации значение температуры называется критическим.
Причины разрушения (снижения прочности)
Основная причина снижения прочности металлоконструкций при пожаре – длительное воздействие критических температур. В результате этого разрушаются нормальные связи между элементами всей конструкции с одновременным ослаблением межмолекулярных металлических связей (вследствие плавления).
Среди факторов, способствующих разрушению стальных конструкций, особо выделяются:
- высокая теплопроводность, объясняемая образованием во время пожара так называемого «электронного газа»;
- обезуглероживание поверхностного слоя металлических заготовок, способствующее возникновению в нём нагрузок растягивающего типа;
- большой перепад температур по сечениям каркасных оснований и перекрытий из металла, приводящий к появлению критических напряжений.
При подготовке решений по защите конструкций от термических воздействий во время пожара все эти факторы должны учитываться в единой связке.
Нормативные требования
Степени и предельные значения показателей огнестойкости металлических сооружений регламентируются действующими нормативными актами (Федеральным законом, в частности).
На основании этого документа все известные виды металлоконструкций по предельным состояниям входящих в их состав элементов и способности противостоять распространению пожара классифицируются по следующим признакам:
- «R» – потеря балками, фермами, рамами или колоннами их начальной несущей способности.
- «E» – нарушение целостности металлической конструкций (чаще всего используется для оценки состояния наружных стен).
- «I» – снижение теплоизолирующих свойств до предельных значений.
Для ряда специфичных элементов вводятся смешанные признаки ухудшения состояния (REI120 или RE30, например). Добавим также, что все эти величины измеряются в часах или минутах.
Более подробно ознакомиться с величинами этих показателей для различных конструктивных элементов можно в таблицах.
Таблица 1. Степени огнестойкости зданий, строений и пожарных отсеков
| Степень огнес-тойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков | Несущие стены, колонны и другие несущие элементы | Наружные ненесущие стены | Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами) | Строительные конструкции бесчердачных покрытий | Строительные конструкции лестничных клеток | ||
| настилы (в том числе с утеплителем) | фермы, балки, прогоны | внутренние стены | марши и площадки лестниц | ||||
| I | R 120 | Е 30 | REI 60 | RE 30 | R 30 | REI 120 | R 60 |
| II | R 90 | Е 15 | REI 45 | RE 15 | R 15 | REI 90 | R 60 |
| III | R 45 | Е 15 | REI 45 | RE 15 | R 15 | REI 60 | R 45 |
| IV | R 15 | Е 15 | REI 15 | RE 15 | R 15 | REI 45 | R 15 |
| V | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется |
Таблица 2. Значение критической температуры различных металлических конструкций
| Материал конструкции | Tcr, град.С |
| Сталь углеродистая Ст3, Ст5 | 470 |
| Низколегированная сталь марки: 25Г2С 30ХГ2С | 550 500 |
| Алюминевые сплавы марки: АМг-6, АВ-Т1Д1Т, Д16ТВ92Т | 225 250 165 |
Все эти характеристики для большинства незащищённых металлических элементов имеют сравнительно малое значение, укладывающееся в диапазон R10-R15 (R6-R8 – для алюминия).
Причины этого – в структурных особенностях стальных деталей, связанных с их теплопроводностью и характером распределения температур по продольным сечениям.
В качестве исключения могут рассматриваться массивные колоны со сплошным сечением, предел огнестойкости которых нередко достигает значения R45.
Превышение заданного в ней показателя (одного или сразу нескольких) однозначно свидетельствует о том, что металлоконструкцией или её элементом достигнут расчётный предел по огнестойкости.
Железобетонные конструкции
К основным показателям, оказывающим существенное влияние на характеристики огнестойкости железобетонных конструкций, следует отнести марку бетона, а также тип входящего в его состав вяжущего и наполнителя.
Помимо этого предел огнестойкости зависит от состава и класса используемой арматуры, геометрических особенностей конструкции (включая конфигурацию и размеры опорных элементов).
Следует добавить такие важные для этого материала факторы, как условия, при которых осуществляется нагрев, а также показатель нагрузки на отдельные элементы и влажность бетонных структур.
В условиях распространения открытого огня в бетонных структурах определяющее влияние на показатель их огнестойкости оказывают снижение прочностных характеристик бетона по мере его нагрева, тепловое расширение входящей в конструкции арматуры.
Прочность теряется за счет появления в арматуре сквозных отверстий и небольших трещин, к тому же теряются теплоизолирующие свойства.
Самыми уязвимыми при распространении пожара оказываются способные к изгибу элементы конструкций (ригеля, балки, прогоны и плиты перекрытий). Ознакомимся с их характеристиками более подробно.
Плиты, колонны, стены
Пределы огнестойкости отдельных элементов железобетона, подверженных сильным деформационным изгибам, при проведении типовых испытаний обычно укладываются в диапазон значений R45-R90.
Сравнительно небольшие усреднённые значения для этих элементов объясняются тем, что арматура, вносящая основной вклад в прочностные характеристики конструкции, защищена в них тонким слоем бетонного покрытия.
Для участков растянутого арматурного усиления это равнозначно отсутствию какой-либо преграды для свободного распространения огня. Следствием указанной особенности железобетонных структур является высокая скорость их разогрева до критических для данного типа конструкций температур.
С данными по рабочим значениям пределов огнестойкости железобетонных сооружений (а также входящих в них и подверженных деформации гибких элементов) можно ознакомиться в таблицах.
При оценке огнестойкости элементов металлоконструкций (лестниц, например) основное внимание обращается на их поведение в критических условиях.
Окончательной целью проводимых испытаний является выработка рекомендаций, позволяющих повысить пределы огнестойкости за счёт принятия специальных технических и организационных решений.
Загрузка... protivpozhara.com
4.3.2. Огнестойкость железобетонных конструкций
Основными факторами, влияющими на предел огнестойкости конструкций, являются влага, коэффициент теплопроводности и прочность арматуры. Влага в бетоне играет двоякую роль. Во-первых, при действии на бетон высоких температур вода, испаряясь, замедляет темп прогрева, увеличивая тем самым предел огнестойкости. Во-вторых, вода способствует взрывообразному разрушению бетона при интенсивном прогреве вследствие образования пара. Необходимым условием взрыва бетона является быстрое повышение температуры, т.е. прогрев по стандартному температурному режиму или непосредственное воздействие огня на конструкцию. При пожарах и испытаниях через 10 – 20 мин после воздействия огня на конструкцию бетон взрывообразно разрушается, откалываясь от обогреваемой поверхности пластинами площадью 200 см2 и толщиной 0,5 – 1см. куски бетона отлетают на расстояние до 15м. Такое разрушение происходит по всей поверхности, приводя к быстрому уменьшению сечения конструкции и, как следствие, к потере несущей способности и огнезащитных свойств. При влажности бетона выше 5% и температуре 160 – 200°С, что способствует максимальному давлению пара в порах, бетон разрушается почти во всех случаях. При влажности 3,5 – 5% разрушение носит местный характер. При влажности менее 3% взрывы не наблюдаются. При нагревании по растянутому во времени режиму (с достижением стандартных температур через промежуток времени, увеличенный вдвое) бетон не взрывается, несмотря на его повышенную влажность (5 – 6%). При этом вид заполнителя бетона заметно не влияет на его разрушение. Обычно взрывоопасное разрушение происходит на новостройках, в неотапливаемых подвалах и других влажных помещениях. Бетоны с плотностью, ниже 1250 кг/м3 не взрываются при влажности 12 – 14%. Это обусловлено тем, что такие бетоны имеют сообщающиеся поры и благодаря паропроницаемости внутри конструкций не создаётся значительных внутренних усилий. Повышение температуры окружающей среды при пожаре сопровождается переносом теплоты в материал конструкции. Её тепло стремится к тепловому равновесию. Поэтому температура внутренних точек будет изменяться не только в зависимости от координат и их взаимного расположения, но и от времени. Такие процессы теплопередачи принято называть нестационарными. В настоящее время разработано много различных методов решения задач нестационарной теплопроводности, приводящих к удовлетворительным для инженерной практики результатам. Эти методы условно можно разделить на две группы – аналитические и численные. Вся методика расчета режимов нестационарного прогрева строительной конструкции переложена на алгоритмический язык ФОРТРАН — IV современных вычислительных машин типа ЕС
4.3.3. Огнестойкость металлических конструкций
Небольшой предел огнестойкости металлических конструкций затрудняет, а в отдельных случаях делает невозможным тушение пожаров и безопасную эвакуацию людей и материальных ценностей. Очень важно знать также предел огнестойкости различного рода технологического оборудования и металлических сооружений в период работы в экстремальных условиях повышенных температур. Нет необходимости доказывать важность разработки экспресс-метода по определению предела огнестойкости металлических строительных конструкций, сооружений, оборудования. Незащищенные металлические конструкции в процессе воздействия огня прогреваются равномерно по сечению. Предел их огнестойкости характеризуется временем прогрева металла до критической температуры, которая составляет в среднем для стали 500°С, для алюминиевых сплавов — 250°С. Сущность методики заключается, в следующем: I. Устанавливается наиболее опасное по условиям работы сечение или участок конструкции, сооружения, оборудования. П. По формуле (3.З.) оценивается приведенная толщина элемента конструкции: (4.3.3) где δпр — приведенная толщина конструкции, м; s - площадь сечения элемента конструкции, м2; П — обогреваемый периметр сечения, м. III. Рассчитывается среднее значение температуры металла конструкции
(4.3.4)
где Т0 - начальная температура конструкции, К; Ткр - критическая температура, К. В табл. 4.3.1. представлены необходимые для расчетов характеристики.
Таблица 4.3.1.
studfiles.net
Огнестойкость - железобетонная конструкция - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Огнестойкость - железобетонная конструкция
Cтраница 1
Огнестойкость железобетонных конструкций утрачивается, как правило, в результате потери несущей способности ( обрушения) за счет снижения прочности, теплового расширения и температурной ползучести арматуры и бетона при нагревании, а также вследствие прогрева необращенной к огню поверхности на 140 С. По этим показателям предел огнестойкости железобетонных конструкций может быть найден расчетным путем. [1]
Огнестойкость железобетонных конструкций не может быть оценена без установления фактических пределов огнестойкости элементов конструкций. Одним из методов установления предела огнестойкости железобетонных конструкций является ее испытание. Международная организация по стандартизации ( ИСО) разрабатывает стандарты по методике испытаний на огнестойкость строительных конструкций. Проведение испытаний на огнестойкость строительных конструкций по единой методике в разных странах позволяет получить сравнимые результаты испытаний. [2]
Предел огнестойкости железобетонных конструкций зависит от их статической схемы работы. Предел огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем предел огнестойкости статически определимых, если в местах действия отрицательных моментов имеется необходимая арматура. [3]
Предел огнестойкости железобетонной конструкции зависит от размеров ее сечения, толщины защитного слоя, вида, количества и диаметра арматуры, класса бетона и вида заполнителя, нагрузки на конструкцию и схемы ее опирания. [4]
Предел огнестойкости железобетонной конструкции зависит от размеров ее сечения, толщины защитного слоя, вида, количества и диаметра арматуры, марки бетона и вида заполнителя, нагрузки на конструкцию и схемы ее опирания. [5]
Вопросы огнестойкости железобетонных конструкций решают на основе экспериментальных данных исследований и расчетным путем. В результате теоретического обобщения большого количества опытных данных были разработаны методы расчета пределов огнестойкости различных железобетонных конструкций, которые учитывали все основные факторы, реально влияющие на данный показатель. [6]
Увеличения предела огнестойкости железобетонных конструкций, когда это необходимо, можно достичь конструктивными решениями и применением материалов ( бетона и стали) с лучшими термопрочностными характеристиками. [7]
Для расчета огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать теплофизические характеристики А и С. [9]
Аналитический расчет огнестойкости железобетонных конструкций довольно трудоемкий, что заставило исследователей искать более точные и удобные методы расчета. Было предложено для решения теплотехнической задачи использовать алгоритмы на основе метода элементарных балансов. [11]
Аналитический расчет огнестойкости железобетонных конструкций довольно трудоемкий, что заставило исследователей искать более точные и удобные методы расчета. Результаты вычислений выполнены в виде номограмм для различных видов конструкций, которые позволяют определить пределы огнестойкости железобетонных конструкций, не производя сложных вычислений. [12]
Приближенный расчет огнестойкости железобетонных конструкций на основе приведенных зависимостей довольно трудоемкий, что заставило исследователей искать более точные и удобные методы расчета. По этим алгоритмам были составлены программы применительно к ЭВМ М-220. Результаты вычислений выполнены в виде номограмм для различных видов конструкций, которые позволяют определить пределы огнестойкости железобетонных конструкций, не производя сложных вычислений. Эти номограммы приведены в Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости железобетонных конструкций на основе применения ЭВМ. Также с помощью ЭВМ решается задача нахождения площади ядра сечения, ограниченного изотермой с заданной критической температурой, для центрально сжатых колонн. [13]
Для увеличения огнестойкости железобетонных конструкций предусматривают следующие мероприятия: применяют бетон с меньшей объемной массой и наиболее высокой критической температурой; используют арматуру с более высокой критической температурой. С этой целью применяют жаростойкий бетон, увеличивают сечения конструкций и толщину защитного слоя арматуры. [14]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
