Розрахунок вогнестійкості залізобетонного перекриття

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Розрахунок вогнестійкості залізобетонного перекриття

ВИХІДНІ ДАНІ

1. Район будівництва: м. Рівне

2. Ступінь вогнестійкості будинку: ІІ;

3. Висота поверху: Н=3.3м;

4. Прольоти будинку: l = 9 м.

5. Крок колони: l₁= 8.5 м;

6. Довжина будинку: L = 170 м;

7. Кількість поверхів: n_п= 3;

8. Розрахункове постійне навантаження на перекриття: g₀ = 3,6 кН/м²;

9. Розрахункове тимчасове навантаження на перекриття: v₀= 5.7 кН/м²;

10. Кількість прольотів будинку: три

11. Параметри бетону конструктивних елементів, що розраховуються за вогнестійкістю:

вид бетону, щільність бетону, вологість бетону та інші дані, яких не вистачає, приймаємо самостійно з використанням підручників, конспекту лекцій, методичних вказівок, нормативно-довідкової літератури, з врахуванням консультацій викладача.

1. ПРОЕКТУВАННЯ ЗБІРНОГО ЗАЛІЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРИТТЯ

Для даного регіону будівництва (м. Рівне) вибираємо товщину стін 510 мм. Будуємо поверховий план будинку і наносимо на ньому усі задані параментри (проліт, крок, тощо).

1.1. Компонування збірного залізобетонного перекриття

Збірне залізобетонне перекриття будівлі складається з панелей і ригелів, які опираються на несучі зовнішні стіни і колони .

Ригель є нерозрізною балкою при вільному опиранні кінців на зовнішні несучі стіни і жорстким з’єднанням на проміжковій опорі (колоні). Переріз ригелів приймають прямокутним або тавровим з полицею вверху або внизу.

Попередньо розміри перерізу ригеля, з умови достатньої згинальної жорсткості, приймають наступними: висоту h=(1/10¸1/15)l, ширину b=(0,3¸0,4)h, деl – проліт ригеля, рівний відстані в осях між колонами.

В нашому випадку, оскільки будівля промислова, приймемо поперечний напрямок розташування ригелів.

Вибираємо довільний тип ригеля.

В залежності від призначення панелі проектують плоскими або ребристими. Плоскі панелі можуть бути з овальними або круглими пустотами, а також, суцільні.

Номінальну ширину і довжину панелей приймають в залежності від прийнятої сітки будівлі з врахуванням заводської технології їх виготовлення. В промислових будівлях номінальна ширина панелей, як правило, складає 1500 і 3000 мм, деколи 2000 мм. Добірні елементи мають ширину 1000, 750 і 500 мм. Проліт плит відповідає прольотам будівлі.

В нашому прикладі приймаємо збірні залізобетонні ригелі найпростішого типу – прямокутного профілю, нерозрізні з жорсткими вузлами з’єднань з колонами.

Розмір поперечного перерізу ригеля перекриття задаємо орієнтовно.

Висоту перерізу –з умови достатньо згинальної жорсткості:

(1)

і приймаємо кратною 0,1 м, тобто в нашому прикладі: h=0,9 м, а шізу: (2)

і приймаємо кратною 0,05 м, в нашому прикладі: b=0,4 м.

Конструктивна ширина і довжина панелей менше номінальної на 10-30 мм для отримання зазорів, які необхідні для наступного замонолічування перекриття. При опиранні збірних панелей на зовнішні несучі стіни з цегли, великих блоків або легкобетонних панелей їх конструктивну довжину приймають менше номінальної на 100-140 мм.

В нашому прикладі розглянемо багатопустотну залізобетонну плиту з круглими пустотами.

Номінальна довжина збірної залізобетонної плити при опиранні на верхню грань ригеля та цегляну стіну при розташуванні ригелів поперек будинку дорівнює кроку ригелів: l₁=8,5 м

Номінальну ширину плити в курсовому проекті рекомендується визначати з урахуванням розташування по ширині прольоту цілої кількості плит одного типорозміру. Приймемо номінальну ширину плити 1500 мм.

Висоту перерізу плити визначає з умови достатньої згинальної жорсткості:

(3)

Товщину збірних залізобетонних плит рекомендується приймати з урахуванням технології їх виготовлення: для багатопустотних залізобетонних плит з круглими пустотами – h=0,22 м. В нашому прикладі приймаємо для багатопустотних плит : h₁= 0,22 м.

Компонування збірного залізобетонного перекриття починаємо з нанесення на ескіз сітки поздовжніх і поперечних осей за заданими величинами прольотів та кроку колон. Зображуємо частину плану перекриття у вигляді фрагменту довжиною 2-4 кроки колон.

По периметру розташовані осі стіни, а по середніх поздовжніх осях – два ряди колон з позначенням їх умовної марки К1.

Ригелі перекриття розташовані поперек будинку і позначені умовною маркою Р1.

Плити перекриття розташовуються поперек ригелів з таким чином, щоб по осях поздовжніх рядів колон розмістились спеціальні в’язеві плити шириною 1000 мм, позначені умовною маркою П2, біля поздовжніх стін – добірні пристінні плити марки П3 шириною 500 мм, а на проміжних ділянках – рядові плити марки П1 шириною 1500 мм (див. графічна частина проекту).

1.2. Вибір класів бетону і арматури

Клас бетону і вигляд бетону обираємо самостійно, а розрахунковий опір бетону і арматури виписуємо з Додатку 1 табл. 10, 11 посібника для виконання.

В нашому прикладі приймаємо:

бетон класу В40 на гранітному щебені, з призмовою міцністю (при врахуванні коефіцієнта умов роботи бетону)
γ_b2 = 0,9,→R_b =0,9 · 22 = 19,8 МПа.

арматуру класу А-ІІ, з розрахунковим опором на розтяг:
R_s=280 МПа (табл. 11 Додатку 1).

1.3. Визначення навантажень та зусиль

Нормативне навантаження на 1 м² плити в курсовому проекті визначається приблизно:

постійне: (4)

тимчасове: (5)

На 1 м довжини збірної залізобетонної багатопустотної плити шириною 1,5 м діють наступні розрахункові навантаження:

постійне: g= 3,6* 1,5=5,4 кН/м

тимчасове: v= 3,3* 1,5=4,95кН/м

В період пожежі постійне навантаження на перекриття, як правило, зберігається незмінним, а тимчасове зменшується до невизначеної величини за рахунок евакуації людей, винесенням частини меблів тощо.

В курсовому проекті тимчасове навантаження на 1 м перекриття, при розрахунку на стадії впливу температури пожежі, рекомендується приймати:

(6)

В нашому випадку тимчасове навантаження на 1 м довжини залізобетонної збірної багатопустотної плити шириною 1,5 м при пожежі складає:

кН/м

Позначки і величини погонних постійних та тимчасових навантажень наносимо на рисунок та враховуємо при розрахунку, відповідно, за несучою здатністю та вогнестійкістю.

При опиранні панелі однією стороною на ригель, а іншою на стіну, розрахунковий прольот плити приймають рівним довжині збірної панелі за мінусом половини величини опирання з кожного боку:

(7)

де l_n - номінальна довжина плити, с₁ - глибина обпирання плити на ригель, с₂ - глибина обпирання плити на несучу стіну.

В нашому прикладі розрахунковий проліт багатопустотної плити складає: _.

Позначення і величину розрахункового прольоту наносимо на розрахункову схему плити.

У поперечному перерізі багатопустотної плити, як і в звичайній балці, під дією навантажень виникають два види внутрішніх зусиль: згинальний момент та поперечна сила.

Максимальний згинальний момент від повного розрахункового навантаження виникає посередині прольоту плити і обчислюється за формулою:

(8)

Максимальна поперечна сила на опорі від розрахункового навантаження:

(9)

Отриману величину моменту і поперечної сили наносимо на епюри зусиль при розрахунку за несучою здатністю

1.4. Розрахунок за міцністю нормальних перерізів

Панель розраховуємо як балку прямокутного перерізу з заданими розмірами (де – номінальна ширина, – висота панелі). Проектуємо панель восьмипустотною (радіус пустоти 159 мм, середня товщина стінки між пустотами 25 мм). В розрахунку поперечний переріз багатопустотної панелі приводимо до еквівалентного двотаврового перерізу. Замінюємо площу круглих пустот прямокутниками тієї ж площі і того ж моменту інерції: ;

Розрахункова ширина стиснутої полиці:

.

Приведена товщина ребра: , де n – кількість пустот.

Попередньо перевіряємо висоту перерізу збірної залізобетонної багатопустотної панелі перекриття з умови забезпечення необхідної жорсткості за формулою:

,

(3.10), де – коефіцієнт, рівний 18-20 для пустотних панелей (більше значення приймають при армуванні стержнями із сталі класу А-ІІ, менше – із сталі класу А-ІІІ), – коефіцієнт збільшення прогинів при тривалій дії навантаження (для багатопустотних панелей ), – тривалодіюче нормативне навантаження на 1 м² перекриття, – короткочасне нормативне навантаження на 1 м² перекриття, – сумарне нормативне навантаження. Вважаємо, що висота січення є достатньою згідно норм сортаменту.

Відношення (11)

В розрахунок вводимо всю ширину полиці .

Для розрахунку елементів прямокутного перерізу з одиночною арматурою користуються таблицею15 (Додаток 1) і наступними рівностями:

, (12)

. (13)

,
де .

За таблицею 15 Додатку 1 знаходимо , . Висота стиснутої зони – нейтральна вісь проходить в межах стиснутої полички. Площа перерізу поздовжньої арматури:

; приймаємо 6Æ20А-ІІ (табл. 16 Додатку 1), , стержні діаметром 20 мм розподіляємо по два в крайніх ребрах і два в одному середньому ребрі .

1.5. Визначення межі вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити.

Блок вихідних даних :

b = 1,5 м; h_o= 0,22 м; l_o=8,35 м; gⁿ_o=3,27 кН/м; v_ot= 1,14 кНм;
R_b= 22 МПа, R_s= 280 МПа (А-IІ), А_s= 18,85см², ρ_b= 2350 кг/м³, W_b= 1,7%; t_o=20 ⁰С; τ_un= 45 хв.

1. Знаходимо згинальний момент від нормативного постійного навантаження і частки тимчасового навантаження, що залишається в стадії пожежі:

2. Коефіцієнт стисненої зони бетону при пожежі:

3. Відносна висота стисненої зони бетону при пожежі:

4. Знаходимо граничну висоту стисненої зони бетону:

,

де (для важкого і дрібнозернистого бетону -, для легкого бетону -, для дрібнозернистого бетону групи А -), , .

5. Перевіряємо умову обмеження відносної висоти стиснутої зони межами товщини полиці пустотної плити:.

Умова виконується. Отже, стиснута зона розташована в межах товщини верхньої полиці над отворами.

6. Визначаємо коефіцієнт зниження опору робочої арматури в стадії пожежі:

Шляхом інтерполяції за таблицею 5 Додатку 1 знаходимо, що значенню для арматури А ІІ відповідає:

;

· щільність сухого бетону знаходимо за формулою:

;

· за таблицею 7 Додатку 1 визначаємо коефіцієнт К:

;

· коефіцієнт теплопровідності λ_τ,m визначаємо за табл. 6:

;

· коефіцієнт теплоємкості С_t,m визначаємо за таблицею 6 Додатку 1:

;

· знаходимо зведений коефіцієнт температуровідності a_red:

;

· визначаємо функцію помилок Гауса:

, звідси .

· за даними таблиці 8 знаходимо, що функції Гауса erf Х=0,539 відповідає аргумент:

2

· ордината поверхні арматурного стержня при нормативній межі вогнестійкості τ_un =45хв = 0,75 год.

δ = y_s =0,02 м

В розрахунках враховуємо ординату поверхні арматурного стержня (де d-діаметр арматури), а не центр ваги , тому що сталь має високу теплопровідність і весь арматурний стержень прогрівається миттєво.

7. Розрахункова межа вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити під час нагрівання робочої арматури:

(3.26)

Зіставлення розрахункової нормативної межі вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити:

τ_u = 80 хв. > τ_un= 45 хв.

Висновок: розрахункова межа вогнестійкості вище нормативної. Отже, багатопустотна плита, що проектується, задовольняє вимогам вогнестійкості.

ЛіТЕРАТУРА

1) Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. – 5- е изд., перераб. – М: Стройиздат, 1991.

2) Бертелеми Б., Крюпа Ж. Огнестойкость строительных конструкций - М: Стройиздат, 1989.

3) Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. Учебник для студентов вузов по спец. «Пром. и гражд. строительство» - М: Высшая школа, 1987

4) Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Федоренко В.С. Огнестойкость зданий -М: Стройиздат ,70г

5) Грушевский В.В., Котов Н.Л., Токарев В.Г., Шурин Е.Т.Пожарная профилактика в строительстве. – учебник для пожарно-технических училищ МВД СССР М: Высшая школа, 1989.

6) СНиП 2.03.01 -84 Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР. – М: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

7) СНиП 2.03.04 -84 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. Госстрой СССР. – М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

8) ДБН В. 1.1.7-2002 „Пожежна безпека об’єктів будівництва”.

9) Кудаленкин В.Ф Пожарная профилактика в строительстве. Учебник для пожарно-технических училищ МВД СССР. – М: ВИПТШ МВД СССР, 1985.

10) Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и группам возгораемости материалов (к СНиП II-2-80) /ЦНИИСК им. Кучеренко – М: Стройиздат, 1985.

11) Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве, 2- е изд., перераб., дополн. М: Стройиздат, 1985.

12) Рекомендации по определению пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций / НИИЖБ М: Стройиздат, 1984 .

13) Романенко И.Г., Зигерн – Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. М: Стройиздат , 1984.

14) Милованов А.Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций. М: Стройиздат, 1986.

15) Фомин С.Л. Расчет железобетонных конструкций на температурно-влажностные воздействия технологической и климатической среды. Учб. пособие , К: УМК ВО, 1992.

16) Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М: Стройиздат, 1988.

17) Здания, сооружения и их поведение в условиях пожара. Программа для вузов МВД СССР. – М: УМЦ при ГУКУЗ МВД СССР, 1990.

18) Лыков А.В. Теория теплопроводности . М: Высшая школа, 1967.

19) Ройтман М.Я .Пожарная профилактика в строительном деле. ВИПТШ МВД СССР, 1975.

20).Бучок Ю.Ф. Будівельні конструкції: Основи розрахунку: Підручник.-К.: Вища школа., 1994.

21).Улицкий И.И. Железобетонные конструкции. –К.: Будівельник, 1973.

22). Стасюк М.І. Залізобетоні конструкції. Ч.1. Основи розрахунку залізобетонних конструкцій за граничними станами: Навч. пос.-К.: ІЗИН,