Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Анализ огнестойкости балки

А.Произвести расчет огнестойкости балки покрытия одноэтажного здания Б.Произвести усиление элементво балки покртия, колоны, ограждающей части объекта, поврежденных при пожаре

Таблица 1. Исходные данные

Назначение здания	Кузнечно-штамповочный цех
Пролет Ĺ,м	18,0
Шаг колонн а,м	6,0
Высота здания Н,м	9,6
Район строительства	Алматы
Плотность утеплителя ρ кг/мм3	900
Толщина слоя утеплителя δ, мм	170
Глубина заложения фундамента Һ, м	2,1
Условное расчетное давление на основание RD, МПа	0,21
Класс стали	АІІ
Марка бетона	М250
Класс бетона по прочности	В40

ВВЕДЕНИЕ

Огнезащита строительных конструкций (СК) играет важную роль в системе обеспечения пожарной безопасности различных объектов. Она предназначена для снижения пожарной опасности объектов и обеспечения их требуемой огнестойкости.

К числу объектов, для которых проблема оптимальной огнезащиты имеет особенно большое значение, относятся:

- СК с нормируемыми пределами огнестойкости (колонны, балки, ригели, плиты перекрытий, рамные конструкции);

- огнестойкие воздухо- и газоводы систем противодымной защиты зданий и сооружений;

- кабельные коммуникации различных типов (силовые, осветительные, контрольные) и кабельные проходки через огнестойкие строительные конструкции;

- резервуары с нефтепродуктами и сжиженными газами и другие элементы нефтегазодобывающего и нефтехимического комплекса.

В условиях пожара перечисленные объекты подвергаются совместному действию силовых нагрузок и высокотемпературного нагрева. Температура воздействующей на них газовой среды может изменяться во времени как по режимам реального пожара, так и по стандартным режимам. Продолжительность огневого воздействия может достигать 2,5 ч и более. Характерные значения плотности теплового потока, падающего на поверхность объектов в условиях развитого пожара, составляют около 50 кВт/м2. На практике при оценке эффективности огнезащиты и огнестойкости конструкций наиболее часто используется так называемый стандартный температурный режим.

Несмотря на то, что изменение температуры среды, воздействующей на конструкции при реальном пожаре, как правило, существенно отличается от стандартной температурно-временной зависимости, этот режим был рекомендован международной организацией по стандартизации (ИСО) в качестве

общепринятого температурного режима пожара.

Согласно СНиП 21-01-97* [1] одной из основных характеристик пожарной безопасности зданий и сооружений является степень их огнестойкости.

Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций.

Показателем огнестойкости СК является предел огнестойкости, который определяется по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний: — потери несущей способности (R); — потери целостности (Е); — потери теплоизолирующей способности (I).

В таблицах СНиП 21-01-97* приведены значения требуемых пределов огнестойкости различных строительных конструкций зданий. Для противопожарных преград (стен, перегородок, перекрытий) в зависимости от их типа устанавливаются пределы огнестойкости от КЕІ 15 до КЕІ 1501.

В зависимости от степени огнестойкости зданий для его несущих элементов устанавливаются пределы огнестойкости от R 15 (IV степень) до R 120 (I степень).

Для наружных стен здания устанавливаются пределы огнестойкости от RE 15 (III степень) до RE 30 (I степень); для перекрытий междуэтажных, в том числе чердачных и над подвалами, — от REI 15 до REI 60; для внутренних стен лестничных клеток - от REI 45 до REI 120, а для маршей и площадок лестниц - от R 30 до R 60.

Для некоторых уникальных зданий и сооружений, опасных производств устанавливают более жесткие показатели огнестойкости. Например, для СК подземных сооружений задают более высокие значения требуемых пределов огнестойкости по сравнению с наземными зданиями (180 мин и более).

Проведенный анализ фактических пределов огнестойкости СК различных типов показал, что наименьшую огнестойкость имеют металлические конструкции.

Предел их огнестойкости зависит в первую очередь от приведенной толщины металла. Так например, стальные балки, прогоны, ригели, колонны, стойки и др. с приведенной толщиной металла 3, 5, 10, 15, 20, 30 мм имеют пределы огнестойкости 5, 9, 15, 18, 21, 27 мин соответственно.

СНиП 21-01-97* допускает применение незащищенных стальных конструкций в тех случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции указан R 15 (RE 15, REI 15), за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R 8.

В этих случаях, а также во всех остальных, когда требуемый предел огнестойкости конструкций превышает R 15 (RE 15, REI 15), повышение их огнестойкости до требуемого уровня производится с помощью огнезащиты.

Это достигается применением огнезащитных материалов или специальных конструктивных элементов, для обеспечения требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций, в зависимости от выбранного огнезащитного материала, рассчитывается своя толщина огнезащитного покрытия, которая определяется на основании расчетов для каждой конструкции в зависимости от «приведенной толщины металла».

Показатель «приведенная толщина металла» характеризует конкретные стальные профили по скорости нарастания температуры при одинаковой плотности тепловой энергии на поверхности профиля, т.е. характеризует соотношение тепловой энергии, поступающей через единицу боковой поверхности профиля и теплоемкость единицы длины профиля.

Таким образом, чем меньше приведенная толщина, тем быстрее нагревается балка при одинаковой плотности тепловой энергии на поверхности балки. Так как температура металла зависит от количества поступившей через поверхность энергии и от теплоемкости единицы длины балки, то для более массивных профилей (с большим значением приведенной толщины) допустимо пропустить к балке большую тепловую энергию, чем для менее массивной. Граничной температурой для стали принята температура 500 С.

Для достижения этой температуры за одинаковое время на поверхности более массивной балки температура должна быть выше. При одинаковой температуре за пределами теплоизолирующего слоя, образующегося в результате нагревания огнезащитного материала, можно допустить менее эффективную теплозащиту для более массивных профилей и, следовательно, меньший слой огнезащитного материала.

Число производственных и бытовых пожаров с начала года в Казахстане увеличилось на 11,4% по сравнению с январем—сентябрем 2009 года до 13 тысяч, сообщила сотрудник пресс-службы МЧС республики Любовь Шапошникова.

«Согласно проведенному анализу пожарной обстановки за девять месяцев 2010 года на территории республики произошло боле 13 тысяч производственных и бытовых пожаров», — сказала Шапошникова на брифинге в понедельник.

По ее словам, при пожарах погибли 330 человек, 478 — получили травмы и ожоги различной степени, сотрудниками МЧС спасено 2026 человек.

«По сравнению с этим же периодом прошлого года количество пожаров возросло на 14,4%, материальные потери снизились на 8,06%», — пояснила она.

Материальный ущерб составил 3,192 миллиарда тенге.

«Отмечается значительное увеличение количества пожаров в жилом секторе: если в 2009 году за девять месяцев произошло 7893, то в этом году эта цифра составляет 8873», — уточнила представитель МЧС.

Большинство пожаров, по данным экспертов, происходит по причине так называемого «человеческого фактора». «Очень часто пожары возникают в результате курения в нетрезвом виде: за текущий период погиб 191 человек, а это 58% от общего числа погибших», — констатировала Шапошникова.

Число пожаров, отметила представитель ведомства, возрастает в зимнее время. «Учитывая, что подавляющая часть населения республики — более 60% — зимой пользуется печным отоплением, многие граждане, не выполняющие правила пожарной безопасности при устройстве и эксплуатации печей, подвергают реальной опасности свои жилища и жизни своих близких.

Отопительный сезон на территории республики еще не начался, но в некоторых областях уже зарегистрированы случаи подобных пожаров, есть погибшие», — добавила она.

«За 9 месяцев 2011 года на территории республики произошло более 9 тыс. производственных и бытовых пожаров. В них пострадали 591 человек, из них 261 – погибли, 330 получили травмы и ожоги»,– говорится в сообщении. По данным ведомства, материальный ущерб от бытовых и производственных пожаров составил 1,9 миллиарда тенге

Диаграмма статистических данных по пожарам на территории РК за 2009-2011 год.

Проанализировав аварии конструкций, зданий можно выделить основные причины аварий: дефекты и низкое низкое качество монтажных работ, отступление от проектов при возведении зданий и сооружений и их элементов, нарушение элементарных правил монтажа и условий обеспечения жесткости и устойчивости конструкций при проектировании и в процессе их возведения, применение материалов и конструкций недостаточной прочности, замена материалов конструкций или их частей без санкции проетных организаций, недостатки проектных решении с дефектами производства, перегрузка несущих в процессе эксплуатации, отступление надежных средств и методов антикоррозийной защиты.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Характеристика кузнечно-штамповочного цеха

Основной производственной корпус представляет собой одноэтажное здание с четырьмя пролетами:

1 пролёт - отделение общей сборки: шаг колонн 6м, ширина пролёта 18 м, длина 72м, высота 14,4м, размеры колонн - 400мм*700мм, привязка к оси 250мм.

2 пролёт - отделение буровых машин и 3 пролёт – отделение бурового инструмента находятся смежно: шаг крайних колонн 6м, размеры 400700мм: средних – 12м, размеры 400800мм; ширина пролётов 24 м, длина – 84м, высота – 12м; привязка к осям – 0м.

4 пролёт - термическое отделение: без мостового крана, шаг колонн 6м, ширина пролёта 18 м, длина 72м, высота 14,4м, размеры колонн - 400мм*800мм, привязка к оси 250мм;

По группе производственных процессов здание относиться к группе Iв, Цех работает в 2 смены. При планировке строительно-технологических секции стремятся к группировке и объединению помещений с одинаковым температурно-влажностным режимами и размещению их в крупных помещениях – производственных цехах. Особое внимание уделяют внутренней отделке помещений, подбирая материалы, стойкие к воздействию химических и биологических веществ, влаги, повышения и понижения температур и механическим воздействиям.

Здание бытовых помещений имеет прямоугольную форму. Высота этажа 3,3 м, шаг колон 6 м, длина здания 30 м, ширина - 18 м. На первом этаже находится гардеробно-душевой блок для мужчин и женщин, уборные, комната отдыха, разгрузочная; на втором - подсобные помещения столовой, кухня, кабинеты служащих и медицинский кабинет.

1.2 Нормативные и расчетные характеристики балки покрытия

Нормативные и расчетные характеристики бетонной смеси

Рассматриваемый объект – производственный несущей способности производим по конструкции – балка покрытия. Железобетонные балки покрытия применяются в качестве несущего основания под плиты покрытия или перекрытия при создании кровли промышленных зданий с пролетами 6, 9, 12 и 18м с кровлями из рулонных материалов по железобетонным плитам при шаге балок 6 м. Балки покрытия могут быть односкатными, двускатными и с горизонтальными поясами.

Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов, однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления. Опирание стропильных балок на колонны осуществляется в соответствии с типовыми узлами ТДМ. Стропильные и подстропильные балки покрытия изготавливаются из тяжелого или конструкционного легкого бетона. Балки покрытия рассчитываются на условные эквивалентные равномерно распределенные нагрузки от 350 - 1450 кг/м2. У нас имеются балки покрытия односкатные, балки двускатные, балки подстропильные всех типоразмеров.

Обозначение балок покрытия здания:

Характеристика БСП6-1-4АIII

БСП - тип конструкции балки;

6 – номинальный пролет балки в метрах;

1 – тип сечения (1- тавр, 2- двутавр);

4 -несущая способность балки;

АIII – класс продольной арматуры;

Характеристика 2БДР12-5к7

2-типоразмер балки;

БДР- балка двускатная решетчатая;

12-длина балки(м);

5-порядковый номер балки по несущей способности;

к7-класс напрягаемой арматуры;

Бетонная смесь состоит из следующих компонентов: минерально-вяжущие вещества, природный обломочный материал, вода.

Нормативные и расчетные характеристики по бетонной смеси определяются исходя от класса бетона по прочности на сжатие и марки бетона. Марка бетона в конструкции составляет М250, класс бетона по прочности на сжатие В40.

Характеристики материалов рассматриваются исходя от состояния предельных групп.

Предельное состояние — состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям, то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение. Дальнейшая эксплуатация такой конструкции недопустима или нецелесообразна.

Предельные состояния сооружений по степени возможных последствий подразделяют следующим образом:

первая группа — состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) сооружений при соответствующих комбинациях нагрузок, которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое), превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.

вторая группа — состояния, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций, колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта.

Выделяют также следующие группы предельных состояний:

аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;

устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Таблица 1.2.1Нормативные сопротивления бетона Rbn и Rtn, и расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb ser и Rbt,ser, МПа, в зависимости от класса бетона по прочности

Вид сопротивления

бетон

Класс бетона по прочности на сжатие В40

Сжатие осевое

Rbn и Rb,ser

Тяжелый мелкозернистый

Растяжение осевое

Rbtn и Rbt,ser

тяжелый

2,1

Таблица 1.2.2 Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt,МПа, в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие

Вид сопротивления

бетон

Класс бетона по прочности на сжатие В40

Сжатие осевое

Тяжелый мелкозернистый

Растяжение осевое

Rbt

тяжелый

1,4

Нормативные и расчетные характеристики по арматуре

Класс арматуры подбираем исходя от назначения конструкции.

Арматура - стальные стержни, которые соединены между собой для использования совместно с бетоном. Функция арматуры воспринимать растягивающие напряжения или наоборот усиливать бетон в сжатой зоне.

Арматуру делят на следующие виды: жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни изготавливают из различных материалов. Самый распространенный - это сталь. Также арматура может быть стеклопластиковой или древесного происхождения.
Арматура делиться по назначению на: рабочую, распределительную, конструктивную, анкерную, монтажную.
По ориентации арматуры в конструкции выделяют два вида: поперечную и продольную. Поперечная арматура предназначена для препятствия образованию напряжений в горизонтальной плоскости бетона. А продольная арматура предназначена для препятствия образованию напряжений в вертикальной плоскости бетона.

Для рассмотрения конструкции основное количество рабочих стержней изготовлено из стали класса АII.

Таблица 1.2.3 Нормативные сопротивления арматуры Rsn и расчетные сопротивления для второй группы предельных состояний Rs,ser

Вид и класс стали

Нормативное Rsn и расчетное Rs , ser

Сопротивление растяжению, МПа

Горячекатаная периодического профиля

AII

295

Таблица 1.2.4 Расчетные сопротивления арматуры Rs для первой группы предельных состояний.

Вид и класс стали	Расчетные сопротивления арматуры для первой группы предельных состояний Rs, МПа
	Растянутой		Сжатой Rsc
	Продольной Rs	Поперечной Rsw
Горячекатанная периодического профиля классов AII	280	225	280

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Сбор нагрузок на конструкцию

Внешние воздействия на сооружения и конструкции состоят из постоянных нагрузок от веса конструкций и временных нагрузок, от веса оборудования и людей (полезной нагрузки), снеговой нагрузки, давления ветра, температурных и других воздействий.

Нагрузки от веса конструкций, а также установленные нормами величины полезной нагрузки, снеговой нагрузки, давления ветра и других внешних воздействий, которые могут иметь место при нормальной эксплуатации сооружения или оснований фундаментов, называются нормативными нагрузками.

Коэффициенты, учитывающие изменчивость нагрузок, в результате которой возникает возможность превышения их величин по сравнению с нормативными нагрузками, называются коэффициентами перегрузки (п).

Расчетные нагрузки представляют собой произведения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки.

Все воздействия (силовые, температурные и пр.), в зависимости от вероятности их появления при работе сооружения, учитываются в следующих расчетных сочетаниях:

Основные сочетания, которые для промышленных и гражданских зданий включают постоянно действующие нагрузки: собственный вес конструкции, полезную нагрузку, нагрузку от транспорта, снеговую нагрузку;

Дополнительные сочетания, состоящие из нагрузок, входящих в основные сочетания, с добавлением нерегулярно возникающих нагрузок, например от давления ветра или воздействия температуры;

Особые сочетания, включающие основные сочетания действие ветра и одно особое воздействие, то есть воздействие аварийного характера;

например: сейсмическую нагрузку, нагрузку при разрушении части сооружения и так далее.

Определение нагрузок.

Нормативные нагрузки – наибольшие, которые могут действовать на конструкцию при ее нормальной эксплуатации qn, Н/м2.

Расчетные нагрузки – это произведение их нормативных значений на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке, учитывающие возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от их нормативных значений и принимаемые в зависимости от учитываемого предельного состояния qr, Н/м2.

Таблица 2.1.1 Нагрузки от конструкций междуэтажных перекрытий и балок здания

№

Нагрузки

Нормативные

нагрузки

qn, Н/м2

Коэффициент надежности по нагрузке ﻻf

Расчетная нагрузка qr,Н/м2

Гравийная защита δ=15мм, р=2000кг/м3

300

1,3

390

4-слоя рубероида на битумной мастике

150

1,3

195

Стяжка цементная

δ=30мм, р=1900 кг/м3

570

1,2

684

Утеплитель δ=170мм,р=900 кг/м3

1530

1,2

1836

Параизоляция из 1-го рубероида

1,3

Сборные железобетонные ребристые плиты с заливкой швов размерами 36 м

1600

1,1

1760

Временная нагрузка г.Алматы

500

1,4

700

Вес конструкции на 1 м2

1296

1,1

1425,6

Полная нагрузка

5996

7063,6

2.2 Статический расчет балки покрытия

Статистический расчет конструкции (сооружения) имеет целью, по возможности более точно определить внутренние усилия в характерных сечениях элементов от нагрузок и воздействия .

Инженерные сооружения (здания) представляют собой совокупность конструктивных различных элементов ( стержней, балок, пластин, оболочек, массивных тел), соединенных между собой связями в единое целое.

Расчетная схема сооружения ( конструкции) – это упрощенное идеализированное изображение, отображающее наиболее существенные особенности реального сооружения (конструкции), определяющее его поведение под нагрузкой.

Рисунок 2.2.1 Расчетная схема конструкции.

, где

l0 - расчетная длина конструкции, м

l - длина конструкции, м

а3 - величина зазора, для балок равная, 0,03м

lon - равна 0,25м

Определение изгибающих моментов и нормативных сил конструкций.

Нагрузки на 1 погонный метр определяется умножение нормативных и расчетных нагрузок на шаг колонн.

qn=Σ qn * вб= 5996*6=35976 Н/м

qr=Σ qr * вб =7063,6*6=42381,6 Н/м

Усилия в конструкциях М и Q определяются от действий расчетных и нормативных нагрузок.

Изгибающие моменты от действий полных нагрузок равны:

Максимальная поперечная сила на опорах от действий полных нормативных и расчетных нагрузок определяются по формуле:

3 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСПОБНОСТИ

3.1 Конструирование конструкции

Метод расчета по предельным состояниям.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые воздействия методом предельных состояний, что бы не допустить наступление предельных состояний, при которых конструкция, здания либо сооружение перестаёт удовлетворять заданным требованиям при эксплуатации или воздействии.

Анализ огнестойкости балки 📙 Курсовая → 🆔 14855