Оценка соответствия огнестойкости строительных конструкций

• Введение
• 1. Характеристика здания
• 2. Теоретические основы разработки методов расчета огнестойкости строительных конструкций
• 3. Особенности расчета огнестойкости металлических конструкций
• 3.1 Статическая часть расчета
• 3.2 Теплотехническая часть расчета
• 4. Расчет огнестойкости металлических конструкций
• 4.1 Расчёт фактического предела огнестойкости балок Б1 — Б5, Б7-Б18
• 4.2 Расчёт фактического предела огнестойкости колонн К1-К8
• 4.3 Расчёт фактического предела огнестойкости фермы Ф-8
• 5. Экспертиза строительных конструкций
• 6. Технические решения и их экономическое обоснование
• 7. Вывод
• Список используемых источников

Одной из основных характерных особенностей современного строительства является увеличение строительства многофункциональных зданий. Поэтому проблема обеспечения пожарной безопасности таких зданий, людей и имущества является основной при разработке, проектировании, строительстве и эксплуатации объекта.

Здания административно-торговых комплексов, являются зданиями с массовым пребыванием людей, обладают повышенной пожарной опасностью. Поэтому их противопожарная защита имеет огромное значение.

Достижения современной науки предоставляют достаточные возможности для проектирования и возведения экономичных зданий и сооружений при одновременном обеспечении их противопожарной защиты. Однако в подавляющем большинстве создаваемых в настоящее время проектов зданий и сооружений имеются отклонения от требований строительных норм и правил, направленных на предупреждение возникновения пожаров, обеспечения условий для успешной эвакуации людей, локализацию и ликвидацию пожара.

Противопожарную защиту зданий и сооружений можно обеспечить реализацией комплекса технических решений и организационных мероприятий. При этом определяющим фактором, позволяющим успешно предупредить пожары и взрывы, является безусловное соблюдение требований строительных норм и правил при разработке проектной документации и производственных регламентов.

Целью выполнения дипломного проекта является оценка соответствия огнестойкости строительных конструкций здания административно-торгового комплекса «Автоцентр Lexus» .

Актуальность проекта — показать возможность применения расчетной методики по определению фактических пределов огнестойкости металлических строительных конструкций.

1. Характеристика здания

Здание административно-торгового комплекса «Автоцентр Lexus» расположено по адресу: Тюменская область, Объездная дорога Тюмень-Омск, м/р-н «Тюменский», уч.5/4.

В плане имеет сложную форму. Размеры в цифровых осях — 72,0 м, в буквенных осях — 79,0 м. Здание разной этажности до 3-х этажей. Высота здания — переменная (верхняя отметка парапета по одноэтажной части: 10 м; по двухэтажной части: 11,35 м; по трехэтажной части: 11,35).

Фасады выполнены в соответствии с корпоративными требованиями на автоцентры LEXUS. Здание конструктивно разделено по вертикали на 2 части в связи с разным функциональным назначением помещений и в связи с пожарными требованиями по допустимым пожарным отсекам.

Отсеки разделены кирпичной стеной 380 мм.

Кирпичная стена отвечает требованиям противопожарной преграды 1-го типа и обладает пределом огнестойкости REI 150.

Размещение помещений по этажам:

на отм. 0,000 в осях 5−9/А-Г размещен демонстративный зал;

на отм. 0,000 в осях 2−5/А-Г административно-бытовые помещения;

на отм. 0,000 в осях 1−10/Г-И производственная часть здания (склады, очистные, участки ТО и ТР, агрегатный участок, комнаты технологов и мастера, инструментальные, мойки, посты уборки, посты приема, бюро пропусков);

на отм. 3,600 в осях 5−9/А-Г размещен антресольный этаж с офисными помещениями;

на отм. 4,800 в осях 3−5/Б-И размещены бытовые помещения;

на отм. 3,300 и 6,600 в осях 4−6/И-К размещены учебные классы для технического персонала и ИТР.

Технико-экономические показатели

Класс здания — II

Степень долговечности — II

Класс ответственности — II

Степень огнестойкости — II

Класс конструктивной пожарной опасности — С0

Класс функциональной пожарной опасности — Ф 3.1

Количество этажей — 1ч3

Площадь застройки автоцентра LEXUS — 4825,8 м²

Строительный объем автоцентра LEXUS — 34 081,5 м³

в т. ч. ниже 0,00 — 88,2мІ

Общая площадь автоцентра LEXUS — 6357,9 м²

в т. ч. ниже 0,00 — 29,40мІ

Конструктивные решения

Строительно-конструктивный тип здания — каркасное.

Фундаменты — свайные с монолитным железобетонным ростверком:

ленточные под стены подвала;

столбчатые под колонны.

Стены цоколя — из сборных железобетонных блоков.

Каркас — из металлических колонн переменного сечения, стропильных ферм.

Наружное стеновое ограждение — трехслойные стеновые панели с базальтовой миниплитой.

Перегородки — из трехслойных стеновых панелей с базальтовой минплитой, из ГВЛ по металлическому каркасу с минераловатным заполнителем, стеклянные по каркасу.

Перекрытия — из сборных железобетонных плит, монолитные.

Лестницы — из наборных бетонных ступеней по металлическим косоурам.

Перемычки — металлические, сборные железобетонные.

Окна — двухкамерный стеклопакет, алюминий.

Витраж — алюминий.

Двери внутренние — деревянные по ГОСТ 6629–88, остекленные пластиковые.

Двери наружные — остекленные, алюминиевый профиль.

Кровля — плоская, совмещенная с внутренним водостоком.

Покрытие кровли — кровельная ПВХ мембрана «Alkoplan» 1,2 мм.

Утеплитель кровли — жесткие минераловатные плиты «Руф Баттс «Оптима» .

Отделка внутренняя — согласно корпоративным требованиям и СанПин.

Подвесные потолки — по металлическому каркасу в административных помещениях, из гипсокартона по металлическому каркасу в остальных помещениях, ячеистый из алюминиевых панелей в шоу руме.

Полы — керамогранит, керамическая плитка, промышленный керамогранит.

Отделка наружная — наружный слой стенового ограждения из панелей типа «Сэндвич», из композитных панелей «Алюкобонд» .

Стены внутренние, стены лестничных клеток — из керамического полнотелого кирпича на цем. — песчаном растворе.

Назначение предприятия

Автоцентр LEXUS предназначен:

для проведения сервисного обслуживания и ремонта автомобилей фирмы LEXUS;

оказание услуг населению региона по мойке автомобилей и чистке салона;

предпродажной подготовке автомобилей, поступающих с заводов фирмы LEXUS;

реализацией населению региона легковых автомобилей выше указанной фирмы.

Технологические решения

В состав цеха ТО и ТР входят непосредственно следующие участки и посты:

участок приемки на ТО и ТР в составе четырех автомоек, трех зон интенсивной сушки и четырех постов приемки, оснащенных плунжерными подъемниками;

участок ТО и ТР на 17 постов, оборудованных диагностическим стендом, двумя шиномонтажными и двумя балансировочными стендами, а также 14-ю подъемниками;

агрегатный участок;

участок мойки и уборки на четыре поста;

трехуровневый склад запасных частей;

склад шин;

склад масел;

Оснащение цеха оборудованием позволяет производить любые виды ремонта и диагностики агрегатов автомобиля.

Автоматическая пожарная сигнализация и система оповещения о пожаре

В качестве технических средств обнаружения возгорания приняты пожарные адресно-аналоговые оптико-электронные извещатели ДИП-34А, дымовые пожарные извещатели ИП-212−45М, линейные дымовые оптико-электронные однокомпонентные извещатели 6500R. Для ручного запуска системы пожарной сигнализации приняты пожарные ручные адресные электроконтактные извещатели ИПР-513−3А и ручные пожарные извещатели ИПР-513−3. Выбор типа пожарных извещателей осуществлен в соответствии с приложением 12 НПБ 88−01.

Автоматизация системы дымоудаления

Для автоматизирования системы дымоудаления приняты исполнительный релейный блок «С2000;СП1», устройство коммутационное «УК-ВК/2», магнитный пускатель первой величины ПМ12−025−100.

При срабатывании автоматической пожарной сигнализации от «С2000М» (см. проект шифр 26.07−1-АПС) по линии интерфейса RS-485 поступает сигнал на запуск исполнительного релейного блока сигнально-пускового «С-2000;СП1». Реле блока «С-2000;СП1» замыкается, сигнал подается на устройство коммутационное УК-ВК/02, а затем на магнитный пускатель, откуда сигнал поступает на вентиляторы дымоудаления (см. проект шифр 26−07−2-ЭОМ).

После ликвидации очага возгорания вентиляторы дымоудаления отключаются вручную от электрощитов управления вентиляторами.

Основные принципы работы оборудования системы аварийной противодымной вентиляции

Защита здания от задымления при пожаре с помощью вентиляционных устройств осуществляется путем удаления дыма из коридора в отсеке, где возник пожар, при помощи системы дымоудаления.

В дежурном режиме эксплуатации вентилятор дымоудаления выключен, клапан дымоудаления находится в закрытом состоянии.

При возникновении пожара в помещении автоцентра срабатывают пожарные извещатели системы автоматической пожарной сигнализации (см. проект шифр 26.07−1-АПС), сигнал от приемно-контрольного прибора поступает на электрощиты управления вентиляторами, которые запускают вентиляторы, одновременно сигнал о пожаре подается на электрический привод клапана дымоудаления, при включении которого клапан открывается и начинается процесс удаления дыма из помещения автоцентра.

огнестойкость строительная конструкция здание

2. Теоретические основы разработки методов расчета огнестойкости строительных конструкций

Под огнестойкостью строительных конструкций понимается их способность сопротивляться воздействию пожара в течение определенного времени, сохраняя при этом обычные эксплуатационные функции, т. е. сохранять несущую или ограждающую способность.

Показателем огнестойкости строительных конструкций является предел огнестойкости. Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) от начала огневого испытания (начала пожара) до наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний [1]:

потери несущей способности ®;

потери целостности (Е);

потери теплоизолирующей способности (I).

Потеря несущей способности означает обрушение конструкции, разрушение узлов крепления конструкции или возникновение предельных деформаций.

Потеря целостности — образование в конструкции трещин или сквозных отверстий, через которые могут проникать продукты горения или пламя.

Потеря теплоизолирующей способности означает повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем более чем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С по сравнению с первоначальной температурой или более 220°С независимо от первоначальной температуры конструкции.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются экспериментальным (опытным) путем на специальных установках или расчетом для предельных состояний ® и (I).

Требования безопасности считаются выполненными, если

П_ф? П_тр

где П_ф — предел огнестойкости конструкции, называемый фактическим;

П_тр — предел огнестойкости, устанавливаемый условиями безопасности или нормами, называемый требуемым.

Под огнестойкостью здания понимается его способность сопротивляться разрушениям в условиях пожара. Классификация зданий по степени огнестойкости приведена в табл.21. Каждой степени огнестойкости соответствует набор конструкций, имеющих предел огнестойкости не менее указанного в табл.21.

Различают фактическую степень огнестойкости (СО_ф) и требуемую (СО_тр). Фактическая степень огнестойкости здания определяется по наименьшим показателям огнестойкости строительной конструкции. Требуемая степень огнестойкости зданий нормируется. Условия безопасности удовлетворяются при соответствии фактической степени огнестойкости требуемой.

3. Особенности расчета огнестойкости металлических конструкций

Огнестойкость несущих металлических конструкций утрачивается вследствие снижения при нагреве прочности и упругости металла, а также за счет развития его пластических и температурных деформаций.

Под воздействием этих факторов предел огнестойкости конструкции наступает или в результате потери прочности, или за счет потери устойчивости. Тому и другому случаю соответствует критическая температура, которая зависит в общем случае от вида конструкции, ее размеров, марки металла, схемы опирания и рабочей (нормативной) нагрузки.

Задача определения предела огнестойкости металлических конструкций, как и других несущих элементов, состоит из двух частей: статической и теплотехнической. Расчет критической температуры составляет содержание статической задачи определения предела огнестойкости металлических конструкций. Теплотехническая часть расчета огнестойкости этих конструкций сводится к определению времени нагрева их металла до заданной критической температуры.

Расчет огнестойкости металлических конструкций целесообразно начинать со статической части, т. е. с определения критических температур. Далее производят теплотехнический расчет, в результате чего находят время нагрева конструкции до критической температуры, т. е. ее предел огнестойкости.

3.1 Статическая часть расчета

Учитывая особенность металлических конструкций (распределение температуры по их сечению принимается равномерным), для них можно, не определяя кривую снижения несущей способности, сразу вычислить критическую температуру в сечении, вызывающую потерю несущей способности.

Критическая температура определяется в зависимости от коэффициента учитывающего снижение несущей способности конструкции под воздействием высокой температуры, которой вычисляют:

для изгибаемых элементов с учетом развития пластических деформаций

где — изгибающий момент от нормативной нагрузки, Н,;

— нормативное сопротивление по пределу текучести, Па;

— момент сопротивления сечения,; - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций.

Величину коэффициента в зависимости от вида конструкции принимают:

Для двутавров и швеллеров =1.17

Для труб =1.25

Для прямоугольного сечения =1.5

Для центрального растяжения

где — нормативная (рабочая) нагрузка, Н, — усредненный коэффициент надежности по нагрузке; А — площадь поперечного сечения, ;

R_yn - нормативное сопротивление материала, Па.

Для внецентренного растяжения

где е — экцентриситет, м.

Сжатые элементы утрачивают несущую способность в результате потери прочности или за счет потери устойчивости.

Коэффициент снижения несущей способности по потери прочности определяют по формулам соответственно для центрального и внецентренного растяжения.

Вычислив коэффициент загружения конструкции по графикам или по эмпирическим формулам определяют критическую температуру:

при ‹0,6

при ?0,6

Кроме этого, для сжатых элементов по потере устойчивости, можно определить критическую температуру, используя график зависимости критической разности краевых деформаций ползучести от критической температуры и степени загружения. Этот график позволяет определить критическую температуру как для центрально-сжатых, так и внецентренно сжатых стержней. При этом для центрально-сжатых и находится по формулам

где ;

В случае внецентренного сжатия

где;; - гибкость стержня; l₀=µl — расчетная длина, м; l — длина стержня, м; - коэффициент, зависящий от способов закрепления стержня; Е — модуль упругости стали, Па.

3.2 Теплотехническая часть расчета

Как известно, металл обладает огромным коэффициентом температуропроводности, за счет чего выравнивание температуры по его толщине происходит весьма быстро. Это дает возможность принять равномерное распределение температуры. В этом случае можно утверждать, что количество тепла, поглощенное нагреваемой конструкцией за время через обогреваемую поверхность равно увеличению его теплосодержания, т. е.

где — коэффициент теплоотдачи,; - температура по стандартной кривой, температура стержня, — обогреваемая поверхность стержня, — время, с; - начальный коэффициент теплоемкости стали, Дж/ (кг; D — коэффициент изменения теплоемкости стали при нагреве; - плотность стали, кг/м; V — объем металла стержня, м; - температура стержня через расчетный интервал времени.

Заменив, , где u — обогреваемой периметр стержня, м; А — площадь поперечного сечения, м; l — длина стержня, м; и решая уравнение (8) получим

Эта формула является алгоритмом для расчета температуры незащищенных металлических конструкций. Как следует из уравнения, температура конструкций в процессе нагрева зависит только от одного параметра — приведенной толщины металла. Приведенная толщина металла дает возможность привести стержни, имеющие любую конфигурацию поперечного сечения, к простой пластине. Значение приведенной толщины в общем случае определяется как отношение площади поперечного сечения к обогреваемому его периметру, т. е.

где u - обогреваемый периметр рекомендуется определять: для двутавра и швеллера при обогреве с четырех сторон

где h — высота сечения элемента; - ширина сечения (полки); - толщина стенки;

для уголка

для трубы приведенную толщину рекомендуется вычислять по формуле

где d и t — соответственно наружный диаметр и толщина стенки трубы по сортаменту.

Используя алгоритм расчета, можно составить номограмму, с помощью которой можно определить температуру незащищенных конструкций любых сечений.

Определив критическую температуру, при которой наступает потеря несущей способности конструкции и, используя график зависимости температуры от времени и приведенной толщины металла, вычислив время нагрева до наступления критической температуры, т. е. фактический предел огнестойкости конструкций.

4. Расчет огнестойкости металлических конструкций

4.1 Расчёт фактического предела огнестойкости балок Б1 — Б5, Б7-Б18

1. Балка Б1:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =112 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Момент сопротивления W_nx=17,71Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,331=604,39⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику: Зависимость температуры незащищенных металлических пластин от времени прогрева и приведенной толщины металла (рис. 4.1).

Рисунок 4.1

Предел огнестойкости П_ф=17 минут.

2. Балка Б2:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =15 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Момент сопротивления W_nx=17,71Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,041=732,12⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=27 минут.

3. Балка Б3:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =137 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Момент сопротивления W_nx=17,71Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,405=571,89⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=13 минут.

4. Балка Б4:

Сечение — двутавр № 35Ш1

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =60 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=9567 мм²

Высота сечения h=338 мм

Ширина полки b=250 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Момент сопротивления W_nx=1,92Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,268 =632,01⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=17 минут.

5. Балка Б5:

Сечение — швеллер № 22

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =15 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=2670 мм²

Высота сечения h=220 мм

Ширина полки b=82 мм

Толщина стенки s=5,4 мм

Момент сопротивления W_nx=1,92Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0.409=570,12⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=10 минут.

6. Балка Б7:

Сечение — швеллер № 24

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =15 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=3060 мм²

Высота сечения h=240 мм

Ширина полки b=90 мм

Толщина стенки s=5,6 мм

Момент сопротивления W_nx=2,42Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0.324=607,29⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=12 минут.

7. Балка Б8:

Сечение — двутавр № 20Ш1

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =40 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=3895 мм²

Высота сечения h=193 мм

Ширина полки b=150 мм

Толщина стенки s=6 мм

Момент сопротивления W_nx=2,75Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=1330 (1-_tem) = 1330 (1−0,761) = 317,68⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=5 минут.

8. Балка Б9:

Сечение — швеллер № 20

Материал — С255

Пролет — 6 м

Усилие — =8 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=2340 мм²

Высота сечения h=200 мм

Ширина полки b=76 мм

Толщина стенки s=5,2 мм

Момент сопротивления W_nx1,52Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0.275=628,82⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=12 минут.

9. Балка Б10: Так как балка Б10 идентична балке Б5 и к ним приложена одинаковая нагрузка, принимаем предел огнестойкости П_ф=10 минут.

10. Балка Б11:

Сечение — двутавр № 20Ш1

Материал — С255

Пролет — 4 м

Усилие — =40 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=3895 мм²

Высота сечения h=193 мм

Ширина полки b=150 мм

Толщина стенки s=6 мм

Момент сопротивления W_nx=2,75Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem = 750−440Ч0,507 = 526,73⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=9 минут.

11. Балка Б12: Так как балка Б12 идентична балке Б8 и к ним приложена одинаковая нагрузка, принимаем предел огнестойкости П_ф=5 минут.

12. Балка Б13:

Сечение — двутавр № 20Ш1

Материал — С255

Пролет — 4,5 м

Усилие — =40 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=3895 мм²

Высота сечения h=193 мм

Ширина полки b=150 мм

Толщина стенки s=6 мм

Момент сопротивления W_nx=2,75Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,571=498,82⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=9 минут.

11. Балки Б14 и Б15: Так как балки Б14 и Б15 идентичны балке Б13 и к ним приложена одинаковая нагрузка, принимаем предел огнестойкости П_ф=9 минут.

12. Балки Б16 и Б17: Так как балки Б16 и Б17 идентичны балке Б11 и к ним приложена одинаковая нагрузка, принимаем предел огнестойкости П_ф=9 минут.

13. Балка Б18:

Сечение — двутавр № 20Ш1

Материал — С255

Пролет — 3 м

Усилие — =40 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=3895 мм²

Высота сечения h=193 мм

Ширина полки b=150 мм

Толщина стенки s=6 мм

Момент сопротивления W_nx=2,75Ч10^-4 м³

Определение изгибающего момента от нормативной нагрузки:

M_n=

Определяем степень нагружения конструкции:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440Ч0,381=582,55⁰ C

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости П_ф=11 минут.

4.2 Расчёт фактического предела огнестойкости колонн К1-К8

1. Колонна К1:

1.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =430 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,112=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику: Зависимость температуры незащищенных металлических пластин от времени прогрева и приведенной толщины металла (рис. 4.1).

Рисунок 4.1

Предел огнестойкости .

1.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Длина L — 7,55 м

Усилие — =430 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х7,55=7,55 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику: График кривых критических температур, вызывающих потерю устойчивости сжатых стальных стержней (рис. 4.2).

Рисунок 4.2

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К1 принимаем равный 8 минутам.

2. Колонна К2:

2.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =430 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,112=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

2.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Длина L — 7,55 м

Усилие — =430 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х7,55=7,55 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К2 принимаем равный 7 минутам.

3. Колонна К3:

3.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =543 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,141=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

3.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Длина L — 9,85 м

Усилие — =534 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х9,85=9,85 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К3 принимаем равный 8 минутам.

4. Колонна К4:

4.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =1034 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,268=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

4.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Длина L — 9,85 м

Усилие — =1034 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х9,85=9,85 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К4 принимаем равный 12 минутам.

5. Колонна К5:

5.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =920 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,239=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1). Предел огнестойкости .

5.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45 Ш1

Материал — С255

Длина L — 9,72 м

Усилие — =920 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х9,72=9,72 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К5 принимаем равный 11 минутам.

6. Колонна К6:

6.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Усилие — =590 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0, 197=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

6.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 3,3 м

Усилие — =590 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,03 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х3,32=3,3 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К6 принимаем равный 8 минутам.

7. Колонна К7:

7.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Усилие — =450 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,151=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1). Предел огнестойкости .

7.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 3,3 м

Усилие — =590 кН

Условия обогрева — с 3 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм

Ширина полки b=299 мм

Толщина стенки s=9,5 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,03 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х3,32=3,3 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К7 принимаем равный 8 минутам.

8. Колонна К8:

8.1 По потери прочности:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Усилие — =543 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение критической температуры:

t_cr=750−440_tem=750−440×0,141=

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости по график (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

8.2 По потери устойчивости:

Сечение — двутавр № 45Ш1

Материал — С255

Длина L — 9,72 м

Усилие — =534 кН

Условия обогрева — с 4 сторон

Нормативное сопротивление245 МПа

Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=15 738 мм²

Высота сечения h=440 мм

Ширина полки b=300 мм

Толщина стенки s=11 мм

Минимальный момент инерции Iу = 7,18 мм

Определение степени нагруженности стержня:

_tem=

Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х9,72=9,72 м.

Определение напряжения от нормативной нагрузки:

Определение критической разности краевых деформаций:

Определение критической температуры по графику (рис. 4.2):

Определение приведённой толщины металла:

t_red=

Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости для колонны К8 принимаем равный 9 минутам.

4.3 Расчёт фактического предела огнестойкости фермы Ф-8

Ведомость элементов фермы приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Ведомость элементов фермы Ф-8

Элемент фермы верхнего пояса В1

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент сжат;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 2441 мм Усилие — =40 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм Минимальный момент инерции Iу = 7,03 мм Модуль упругости стали Е=2,1МПа.

Предел огнестойкости по потере прочности:

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Рисунок 4.1 График зависимости температуры незащищенных металлических конструкций от времени прогрева и приведенной толщины металла.

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости по потере устойчивости:

1. Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х2,441=2,441 м.

2. Определение напряжения от нормативной нагрузки:

3. Определение критической разности краевых деформаций:

4. Определение критической температуры по графику (рис. 4.2.):

Рисунок 4.2 График кривых критических температур, вызывающих потерю устойчивости сжатых стальных стержней.

5. Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости элемента В1

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента верхнего пояса В1 устанавливаем значение по потере устойчивости.

Элемент фермы верхнего пояса В2

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент сжат;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 2750 мм Усилие — =260 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм Минимальный момент инерции Iу = 7,03 мм Модуль упругости стали Е=2,1МПа.

Предел огнестойкости по потере прочности:

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости по потере устойчивости:

1. Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х2,750=2,750 м.

2. Определение напряжения от нормативной нагрузки:

3. Определение критической разности краевых деформаций:

4. Определение критической температуры по графику (рис. 4.2.):

5. Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости элемента В2

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента верхнего пояса В2 устанавливаем значение по потере устойчивости.

Элемент фермы верхнего пояса В3

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент сжат;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 1289 мм Усилие — =10 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм Минимальный момент инерции Iу = 7,03 мм Модуль упругости стали Е=2,1МПа.

Предел огнестойкости по потере прочности:

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.). Предел огнестойкости .

Предел огнестойкости по потере устойчивости:

1. Определение максимальной гибкости стержня:

l₀=µl=1,0х1,289=1,289 м.

2. Определение напряжения от нормативной нагрузки:

3. Определение критической разности краевых деформаций:

4. Определение критической температуры по графику (рис. 4.2.):

5. Определение фактического предела огнестойкости конструкции по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости элемента В3

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента верхнего пояса В3 устанавливаем значение по потере устойчивости.

Элемент нижнего пояса Н1

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент растянут;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 1151 мм Усилие — =170 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости .

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента нижнего пояса Н1 устанавливаем значение

Элемент нижнего пояса Н2

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент растянут;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 2700 мм Усилие — =340 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.). Предел огнестойкости .

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента нижнего пояса Н2 устанавливаем значение

Элемент нижнего пояса Н3

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент растянут;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 2750 мм Усилие — =460 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости .

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента нижнего пояса Н3 устанавливаем значение

Элемент нижнего пояса Н4

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент растянут;

Сечение — двутавр № 40Ш1

Материал — С255

Длина L — 2645 мм Усилие — =190 кН Условия обогрева — с 4 сторон Нормативное сопротивление245 МПа Определение характеристики балки:

Площадь сечения А=12 240 мм²

Высота сечения h=383 мм Ширина полки b=299 мм Толщина стенки s=9,5 мм

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости .

Согласно проведенного расчета фактического предела огнестойкости элемента нижнего пояса Н4 устанавливаем значение

Элемент фермы стойка С1

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент сжат;

Сечение — двойной уголок 70Ч5;

Материал — С255;

Нагрузка N = 30 кН;

Длина стержня l = 1800 мм;

Условия обогрева — по периметру;

Площадь поперечного сечения А = 686 мм

Высота сечения h = 70 мм;

Ширина полки b = 70 мм;

Толщина стенки s = 5 мм;

Нормативное сопротивление по пределу текучести 245 МПа.

1. Определение степени нагружения элемента:

_tem=

2. Определение критической температуры:

3. Определение приведённой толщины металла:

t_red=

4. Определение фактического предела огнестойкости по графику (рис. 4.1.).

Предел огнестойкости .

Элемент фермы раскос Р1

Характеристика элемента:

Вид нагруженного состояния — элемент растянут;

Сечение — двойной уголок 90Ч7;

Материал — С255;

Нагрузка N = 220 кН;

Длина стержня l = 2174,8 мм;