Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Динамика и устойчивость сооружений

Содержание стр.

1.1. Строительные материалы 2

1.2. Общие свойства строительных материалов и их изменение при пожаре. 4

1.2.1 Железобетонные строительные конструкции. 4

1.2.1.1 Поведение ЖБК в условиях пожара 4

1.2.2 Стальные строительные конструкции 9

1.2.2.1 Поведение стальных строительных конструкций при пожаре 11

1.3 Деревянные строительные конструкции 12

1.3.1 Поведение деревянных строительных конструкций при пожаре 13

1.4 Пожарно-техническая классификация строительных материалов

2. Расчетная часть 16

2.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной панели

перекрытия ПК 6 – 58.12 19

2.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной

колонны КСР–442–29 23

2.3 Создание новой колонны в соответствии с требованиями

СНиП 21-01-97* 32

Заключение 35

Список литературы 36

Приложения

1.1 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.

Строительные материалы классифицируют по назначению, технологическому признаку и способу изготовления.

По назначению строительные материалы делят на следующие группы:

конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;
теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;
акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;
гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях и других конструкциях зданий;
герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;
отделочные для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты их от внешних воздействий;
специального назначения для специальных сооружений (огнеупорные, кислотоупорные);
общего назначения, служащие разным целям (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку строительные материалы классифицируют с учетом вида сырья, из которого они сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

По способу изготовления различают материалы:

природные (древесина, природный камень),
получаемые обжигом (керамика, минеральные вяжущие вещества)
плавлением (стекло, металлы)
путем переработки органического сырья (синтетические полимеры, растворители, битум, деготь) и органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, органические кровельные и гидроизоляционные материалы).

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение, и было долговечным, необходимо правильно выбрать материалы, как конструкционные, так и отделочные. При технико-экономической оценке планировочных и конструктивных решений проектные варианты сравнивают.

При выборе строительного материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т. п. Следовательно, для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.

Свойствами строительных материалов называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

1.2 ОБЩИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ НАГРЕВАНИИ.

1.2.1 Железобетонные строительные конструкции

Железобетон – это технически возможное и экономически целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев – сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже ( в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) – сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].

Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки (рис. 1, б).

В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 – 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 – 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура – на растяжение.

1.2.1.1 Поведение изгибаемых железобетонных элементов в условиях пожара.

1.2.1.1.1 ПЛИТЫ.

Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, E, I, т.е. по потере несущей способности (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).

Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимы по стандартному температурному режиму, подтверждают это [2].

Сплошные железобетонные плиты, армированные горячекатаной стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты с мощными продольными ребрами, армированными по всей длине горячекатаной стержневой арматурой и двойными вертикальными каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую способность по нормальному сечению в пролете в результате образования пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных участках, равных ¼ пролета плиты. При этом потеря несущей способности аналогичных плит, армированных высокопрочной проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше. Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием температурных напряжений, возникающих из – за неравномерного прогрева по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и температуры. Этим объясняется характер разрушения – хрупкое скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.

Предел огнестойкости плит междуэтажных сборных плит сборных перекрытий наступает, как правило, вследствие потери несущей способности. Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования пластического шарнира.

Большие прогибы железобетонных перекрытий, разрушающихся в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, указывает на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением температуры.

Необходимо учитывать, что предел огнестойкости изгибаемых конструкций, разрушающихся в результате образования пластического шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения огневого воздействия [2].

1.2.1.1.2 БАЛКИ

Исследования натурных пожаров, а также изучение результатов экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок в условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит. Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно. Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны [2].

В статически определимых балках прогрев продольных арматурных стержней до критической температуры приводит к образованию пластического шарнира в сечении, где действует M_n,max , что и является причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела огнестойкости.

Существенное влияние на поведение балок в условиях пожара оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что при свободных шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении концов балок они имеют минимальную огнестойкость.

Статически неопределимые изгибаемые конструкции при нагреве снижают свою несущую способность за счет уменьшения прочности опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как и в случае статически определимых элементов, уменьшается в результате нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений происходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до высоких температур.

В условиях пожара в статически неопределимых стержневых элементах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за счет возникновения отрицательного температурного момента вследствие перепада температур по высоте сечения и отсутствии свободы поворота сечений. Из – за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему препятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент уменьшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на опорах. [2].

1.2.1.1.3 КОЛОННЫ.

Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона. [2]

В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800 – 100⁰С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 20⁰С до нуля при критической температуры и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара.

Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20 – 30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.

Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600 – 800⁰С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.

После 1 – 1.5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2 – 3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600⁰С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонна ведет себя аналогично бетонной. Колонны укорачиваться с возрастающей скоростью до момента их обрушения.

Характер разрушения железобетонных колонн с продольной гибкой и косвенной арматурой отличается от характера разрушения элементов только с продольным армированием.

Колонна с продольным армированием разрушаются под действием огня с отпаданием защитного слоя, выпучиванием рабочей арматуры и раздроблением бетона в ядре сечения, как правило, в средней части по высоте [2].

1.2.2 СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

- назначению;

- видам соединений;

- степени заводской готовности;

- условиям строительства и эксплуатации;

- ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

- несущие (основные и вспомогательные);

- ограждающие;

- совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам соединения конструкции подразделяют на:

-сварные;

-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);

-клепаные;

-винтовые;

-комбинированные.

По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:

-полностью изготовленные на заводе;

-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:

-вида силового воздействия;

-степени агрессивности внешней среды;

-температурных условий;

-характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;

-воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.

По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:

-неагрессивных:

-слабоагрессивных;

-среднеагрессивных:

-сильноагрессивных.

По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;

-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;

-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;

-с температурой воздействия 100 — 150 °С;

-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;

-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру функционирования конструкции подразделяют на:

-стационарные;

-сборно-разборные;

-передвижные.

По ответственности в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:

-может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;

-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;

-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.[6]

1.2.2 СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

- назначению;

- видам соединений;

- степени заводской готовности;

- условиям строительства и эксплуатации;

- ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

- несущие (основные и вспомогательные);

- ограждающие;

- совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам соединения конструкции подразделяют на:

-сварные;

-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);

-клепаные;

-винтовые;

-комбинированные.

По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:

-полностью изготовленные на заводе;

-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:

-вида силового воздействия;

-степени агрессивности внешней среды;

-температурных условий;

-характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;

По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:

-неагрессивных:

-слабоагрессивных;

-среднеагрессивных:

-сильноагрессивных.

По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;

-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;

-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;

-с температурой воздействия 100 — 150 °С;

-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;

-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру функционирования конструкции подразделяют на:

-стационарные;

-сборно-разборные;

-передвижные.

-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;

-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.[6]

1.2.2.1 ПОВЕДЕНИЕ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ.

Металл отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации и деформации ползучести. Это приводит к быстрому обрушению металлических колонн, балок (в пределах всего 0,12-0,25 часа), потере ограждающей и теплоизолирующей способностей ограждений.

Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности.

Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций:

- облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ);

- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.);

- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных тонкослойных вспучивающихся красок;

- комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Огнезащитная эффективность составов подразделяется на 5 групп:

- 1-я - не менее 150 мин;

- 2-я - не менее 120 мин;

- 3-я - не менее 60 мин;

- 4-я - не менее 45 мин;

- 5-я - не менее 30 мин.

При определении группы огнезащитной эффективности составов не рассматриваются результаты испытаний с показателями менее 30 мин.

Также эффективным способом является спринклерное орошение элементов конструкции.

1.3 ДЕРЕВЯННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Деревянные конструкции являлись основными в течение многих веков и имеют широкие перспективы применения в современном облегчённом капитальном строительстве. Огромные лесные богатства нашей страны являются надёжной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Деревянные конструкции характеризуются малой массой, малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны. Ценные строительные свойства древесины определяют и области её эффективного использования.

Высокая прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий, имеющих свободные пролёты до 100 м и более.

Деревянные конструкции подвержены загниванию. Однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.

Древесина является стойким материалом в ряде агрессивных по отношению к бетону и металлу сред. Кроме того, деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности.[7]

1.3.1 ПОВЕДЕНИЕ ДЕРЕВЯНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 230°С. Стойкое и длительное горение ее начинается при температуре 260°С и сопровождается повышением температуры. При отсутствии открытого пламени воспламенение может произойти при быстром (в течение 1-2 мин) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии тепла температура воспламенения древесины снижается до 170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительные прибора, дымоходы, трубы и т.д.,). Нормы ССНиП П-25-80, например, требуют обеспечения условий, при которых температура окружающего (деревянные конструкции) воздуха не превышала бы 50°С для конструкций из цельной и 35°С для конструкций из клееной древесины.

Динамика и устойчивость сооружений 📙 Реферат → 🆔 79414