Особливості проектування залізобетонних конструкцій при спільній дії силових, деформаційних та високотемпературних впливів

де   пружна жорсткість залізобетонного елементу, яка визначається за відомими формулами опору залізобетону.

4. Несуча здатність системи вважається вичерпаною, якщо:

- досягнуто максимум на кривій стану (рис. 3)

де   – модуль вектора силового впливу;   – деяке характерне переміщення конструкції;

- зруйновано хоч би один перетин будь-якого елементу;

- ширина розкриття тріщин перевищила допустимі з умов експлуатації значення;

- розрахункова межа вогнестійкості конструкцій не відповідає вимогам чинних норм.

При оцінці напружено-деформованого стану розглядається можливість існування двох форм рівноваги:

весь перетин стиснутий або частина його розтягнута, причому деформації розтягування   не перевищують величини

перетин має стиснуту і розтягнуту зони при  

Функції     які наведено в рівняннях (1) і (2), для різних форм рівноваги мають різний вигляд і залежать від характеристик міцності та деформативності бетону й арматури.

 

Рис. 3 Діаграма стану системи

 

Знаючи параметри напружено-деформованого стану бетону й арматури, можна визначити напружено-деформований стан розрахункового перетину залізобетонного елементу на всіх стадіях навантаження. Це дозволить отримати залежності «зусилля-деформація» і «момент-кривизна» та на їхній основі залежності «деформація-модуль пружності». При цьому необхідно враховувати, що характеристики міцності бетону й арматури залежать як від тривалості дії силового навантаження, так і від можливої дії високої температури під час пожежі.

Для визначення розрахункового пожежного навантаження розробляється сценарій розвитку можливої пожежі. При цьому необхідно врахувати розвиток площі горіння залежно від місця виникнення загорання, а також вигляду та місця розташування горючих і важкогорючих речовин і матеріалів, їхню швидкість і повноту згорання залежно від умов природної або вимушеної вентиляції, дію на динаміку пожежі систем пожежогасіння.

Напружено-деформований стан системи, яка складається із залізобетонних стержньових конструкцій, за умов спільної дії силових, деформаційних та високотемпературних впливів, а також агресивного середовища, можна визначити різними методами будівельної механіки. Залежності між прогинами та кривизнами перетинів з достатньою для практичних розрахунків точністю можна визначити за допомогою методу початкових параметрів [11]. Розрахунок системи в цілому можна виконати із застосуванням обчислювальних комплексів типу ЛІРА.

Розрахунки системи виконуються, послідовно уточнюючи характеристики перетинів залізобетонних елементів на основі попередньо отриманих залежностей, і елементів що моделюють ґрунтову основу. Врахування нелінійних властивостей бетону можна виконати шляхом зменшення модуля пружності бетону залізобетонних шляхом множення його на коефіцієнт  , яким визначається за формулою (4).

Якщо проектована система за результатами розрахунків з урахуванням усіх чинників знаходиться на межі руйнування, необхідно розробити заходи щодо забезпечення її тривалої та безпечної експлуатації. Підсилення конструкції можна виконати одним із способів:

- введенням додаткових елементів, які розвантажують існуючі елементи системи;

- прийняттям ефективних перетинів для несучих конструкцій (наприклад, для колон – круглого перетину) або нанесення захисних покриттів;

- ефективним розподілом матеріалу в системі (прийняття підвищеного шару бетону для арматури, введення додаткового армування тощо).

Результати досліджень. Як приклад, наведено результати визначення вогнестійкості найбільш навантаженої колони паркінгу однієї з проектованих адміністративних будівель [12].

Максимальне навантаження на колону паркінгу згідно розрахунку при нормативних значеннях навантажень становить 705, 32 т. Враховуючи розміри колони (перетин 800х800 мм, висота 3, 3 м), а також незначну величину згинального моменту, в подальших розрахунках умовно вважалось, що колона працює на центральний стиск.

На рис. 4 наведено схема розподілу температури по перетину колони при різних проміжках часу нагрівання (наведено четверту частину перетину) [13].

Розрахункові параметри бетону і арматури при розрахунках за граничними станами ІІ групи:

бетон класу В25 – 

арматура класу АІІІ –

Для визначення вогнестійкості конструкції перетин був розбитий на квадрати зі стороною 5 см. В центрі кожного квадрата визначалась температура за даними з рис. 4 і розрахунковий опір бетону в залежності від температури. Залежність розрахункового опору бетону від температури визначалась за формулами, які наведено в роботі [14]. Температура визначалась і в арматурі, причому при досягненні в арматурі температури 500 оС вважалось, що арматуру виключено з роботи. Після визначення розрахункових опорів в залежності від температури визначено несучу здатність при прогріванні упродовж певного проміжку часу  . Результати розрахунків (крива 1) наведено на рис. 5.

Як видно з рис. 5, несуча здатність колони після 120 хв. її прогрівання з чотирьох сторін становить 740, 65 т, що перевищує максимальну величину чинного зусилля, яке дорівнює 705, 32 т. На основі виконаних розрахунків зроблений висновок, що вогнестійкість колони становить не менш як 120 хв, тобто відповідає R120.

 

Рис. 4. Розподіл температури в перетині колони при пожежі

 

Рис. 5. Результати визначення вогнестійкості колони

 

 

Запропоновано методику розрахунку залізобетонних стрижньових елементів з урахуванням властивостей залізобетону та ґрунтів основи. Розглядається можливість врахування зміни параметрів елементів і фізико-механічних властивостей матеріалів.

Наведено результати практичних розрахунків вогнестійкості проектованих конструкцій. Розподіл температури по перетину конструкції можна визначити за результатами теплотехнічного розрахунку або прийняти за довідковими даними. В залежності від температури розігріву визначено контрольовані параметри і виконано розрахунок міцності.

 

 

1. Мосалков И. Л. Огнестойкость строительных конструкций / И. Л. Мосалков, Г. Ф. Плюснина, А. Ю. Фролов. – М. : Спецтехника, 2001. – 484 с.

2. ДСТУ Б В. 1. 1-4-98*. Захист від пожежі. Будівельні конструкції. Методи випробувань на вогнестійкість. Загальні вимоги / Держбуд України. – К. : Держбуд України, 2005. – 18 с.

3. ДБН В. 1. 2-2: 2006. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування / Мінбуд України. – К. : Мінбуд України, 2006. – 60 с.

4. ДБН В. 1. 1-5-2000. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Часть 1. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях / Государственный комитет строительства, архитектуры и жилищной политики Украины. – К. : Держбуд України, 2000. – 63 с.

5. ДБН В. 1. 1-5-2000. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Часть 2. Здания и сооружения на просадочных грунтах / Государственный комитет строительства, архитектуры и жилищной политики Украины. – К. : Держбуд України, 2000. – 87 с.

6. Методические рекомендации по определению жесткости железобетонных элементов / НИИСК Госстроя СССР. – К. : НИИСК, 1987. – 42 с.

7. Методические рекомендации по уточненному расчету железобетонных элементов с учетом полной диаграммы сжатия бетона / НИИСК СССР. – К. : НИИСК, 1987. – 24 с.

8. ДБН В. 2. 6-98: 2009. Конструкції будинків і споруд. Бетонні і залізобетонні конструкції. Основні положення / Мінрегіонбуд України. – К. : Мінрегіонбуд України, 2011. – 71 с.

9. Милованов А. Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. – М. : Стройиздат, 1998. – 304 с.

10. ДБН В. 1. 1-7-2002. Захист від пожежі. Пожежна безпека об'єктів будівництва / Держбуд України. – К. : Держбуд України, 2003. – 41 с.

11. Псюк В. В. Несущая способность стержневых элементов при наличии ниспадающего участка диаграммы «момент-кривизна» / В. В. Псюк, Л. Н. Филатова, А. И. Голоднов // Буд. конструкції: Міжвідом. наук. -техн. зб. / НДІБК. – К. : НДІБК, 2011. – Вип. 74. – Книга 1. – С. 301-308.

12. Голоднов О. І. Особливості розрахунку і проектування каркасно-монолітних будинків в умовах існуючої міської забудови / О. І. Голоднов, С. В. Козлов, О. Я. Червинський та ін. // Нові технології в будівництві. – 2008. – № 1 (15). – С. 84-88.

13. Рекомендации по обследованию зданий и сооружений, поврежденных пожаром / НИИЖБ. – М. : Стройиздат, 1987. – 80 с.

14. Семиног М. М. До розрахунку елементів будівель при високотемпературних впливах / М. М. Семиног // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури: Збірник наукових праць: Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Макіївка: ДонДАБА, 2009. – Вип. 2009-4 (78). – С. 193-198.