БАЗА ЗНАНИЙ
Задать вопрос
 

Расчёт огнестойкости железобетонных конструкций с применением системы «Теплопроводность» в ЛИРА САПР

Требования нормативных документов при расчёте пределов огнестойкости

Требования к пределам огнестойкости строительных конструкций содержатся в СНиП 21-01-97*, в таблице 4, а также в таблице 21 ФЗ-123.

Степень огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков
Предел огнестойкости строительных конструкций
  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 E 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60
II R 90 E 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 90 R 60
III R 45 E 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 60 R 45
IV R 15 E 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

Согласно СТО 36554501-006-2006, п.4.4: за предел огнестойкости железобетонных конструкций принимают время в минутах от начала огневого стандартного воздействия до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости:

  • по потере несущей способности R конструкций и узлов (обрушение или недопустимый прогиб в зависимости от типа конструкций);
  • по теплоизолирующей способности I — повышение средней температуры на необогреваемой поверхности до 160 °С по сравнению с температурой конструкции до нагрева, или прогрев до 220 °С независимо от температуры конструкции до огневого воздействия;
  • по целостности Е — образование в конструкции сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения и пламя.
Для несущих железобетонных конструкций (балки, прогоны, ригели, колонны) предельным состоянием по огнестойкости является потеря несущей способности конструкции R.

4.12 Передел огнестойкости железобетонной конструкции наступает при прогреве рабочей арматуры в конструкции до критической температуры, а также при нагреве бетона в расчётном сечении выше его критической температуры.

Критическая температура для тяжёлого бетона составляет:
- на силикатном заполнителе — 500 °С;
- на карбонатном заполнителе — 600 °С;
- для конструкционного керамзитобетона — 600 °С;
Критическая температура нагрева арматуры, при которой образуется пластический шарнир и наступает предел огнестойкости, ориентировочно равна для арматуры класса:
А240, А300 — 510 °С;
А400 — 550 °С;
А500, А540 — 520 °С;
В500 — 430 °С;
Вр1200-Вр1500, К1400 и К1500 — 410 °С.

Расчёт предела огнестойкости по СТО 36554501-006-2006

t=345∙ lg⁡(0.133∙τ+1)+te

где τ — время нагрева, мин;
te — начальная температура, °С.
При начальной температуре te = 20 °С, по уравнению (6.4) температура среды поднимается в зависимости от времени огневого воздействия (табл. 6.1)

Таблица 6.1

Время, мин. t, °С Время, мин. t, °С Время, мин. t, °С
5 576 50 915 120 1049
10 679 60 945 150 1082
15 738 70 970 180 1110
20 781 80 990 210 1133
25 810 90 1000 240 1153
30 841 100 1025 270 1170
40 885 110 1035 300 1186

Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения в заданный момент времени.

Алгоритм расчёта представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы её узлы располагались не только в толщине сечения, но и по его периметру, а также в центре стержней для конструкций с гибкой арматурой, и по длине полок и стенки в середине их толщины для конструкций с жёсткой арматурой. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0.01-0.03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.

Реализация расчёта нестационарной задачи теплопроводности в ЛИРА САПР

Этап 1. Моделирование сечения

Для решения этой задачи, следует смоделировать поперечное сечение конструкции в 15-м признаке схемы

Огнестойкость_ЖБК_01.png
Схема сечения

Этап 2. Назначение жёсткостей

Смоделированным элементам следует назначить типы жёсткости

Огнестойкость_ЖБК_02.png
Задание жесткостей элементам расчётной модели

Этап 3. Задание внешней нагрузки. Предыстория (исходное состояние)

В загружении 1, следует выделить все узлы схемы и задать в них нагрузку, которая будет соответствовать исходной температуре конструкции – 20 °С. После задания нагрузки на узлы, они окрашиваются в зелёный цвет.

Огнестойкость_ЖБК_03.png
Задание исходной температуры как внешней нагрузки на узлы в диалоговом окне

Этап 4. К элементам конвекции, следует приложить внешнюю нагрузку.

В загружении № 5 к стержням по периметру сечения прикладываем заданную температуру в 1 °С. Загружения 2-4 оставить свободными. После задания нагрузки на элементы, они приобретают оранжевый цвет.

Огнестойкость_ЖБК_04.png
Задание значения нагрузки для приложения к элементам конвекции

Значение температуры 1 °С служит для формирования динамического загружения, которое будет строиться на основе графика температур при пожаре в определённый момент времени. Температура по графику будет умножаться на значение 1 °С, и имитировать внешний нагрев сечения.

Этап 5. Задание пожара.

Нажатием на кнопку Формирование динамических загружений из статичестких, вызвать окно для ввода параметров динамической нагрузки. Динамика формируется их 5-го загружения (конвекции). Номер самого динамического загружения, по умолчанию, выбран третий. Выбрать закон преобразования (Ломаный с произвольным шагом или Тепловое излучение). Задать количество точек 22 (21 – по таблице 6.1 + 1 – нулевой момент). Подтвердить ввод количества точек. В появившейся таблице задать закон изменения температуры. В левом столбце вводить время (в секундах), в правом температуру из таблицы 6.1.

Время, мин. Время, сек. t, °С Время, мин. Время, сек. t, °С Время, мин. Время, сек. t, °С
5 300 576 50 3000 915 120 7200 1049
10 600 679 60 3600 945 150 9000 1082
15 900 738 70 4200 970 180 10800 1110
20 1200 781 80 4800 990 210 12600 1133
25 1500 810 90 5400 1000 240 14400 1153
30 1800 841 100 6000 1025 270 16200 1170
40 2400 885 110 6600 1035 300 18000 1186
Огнестойкость_ЖБК_05.png
Окно задания динамической нагрузки из статической

После ввода значений зависимости время-температура, следует нажать +, чтобы подтвердить создание динамической нагрузки.

Вызвать окно задания параметров динамики во времени:

Огнестойкость_ЖБК_06.png
Параметры динамики во времени

После задания параметров, следует выполнить расчёт.

Этап 6. Чтение результатов.

Огнестойкость_ЖБК_07.png
Изополя температур

На рисунке показаны изополя температур на 9000-й секунде расчёта, что соответствует пределу огнестойкости R150. По значению температуры, в местах установки арматурных стержней, можно сделать вывод: обеспечен требуемый предел огнестойкости или нет.

Расчёт огнестойкости простых сечений

В ПК ЛИРА САПР реализован автоматический расчёт огнестойкости простых сечений, т.е. тех, для которых подбирается арматура в пятом признаке схемы. При задании параметров материалов, в свойствах Типа следует отметить учёт огнестойкости. В диалоговом окне следует задать параметры горения.

Огнестойкость_ЖБК_08.png
Задание материалов для расчёта железобетонных конструкций с учётом огнестойкости. Настройка условий горения.

Арматура будет подобрана с учётом требований огнестойкости.

Для сложных и нестандартных сечений, следует воспользоваться 15-м признаком схемы.