Предел огнестойкости ребристых плит перекрытия

ИЗ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

(к СТО 36554501-006-2006 )

Москва 2008

Пособие по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций из тяжелого бетона разработано к СТО 36554501-006-2006 «Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций».

Содержит указания по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций, положения, детализирующие эти указания, примеры расчета, а также рекомендации, необходимые для проектирования.

Для инженеров-проектировщиков, а также для студентов строительных вузов.

Пособие разработано д-ром техн. наук, проф. А.Ф. Миловановым.

Предисловие

В Пособии приведены указания СТО 36554501-006-2006 по расчету огнестойкости во время пожара и огнесохранности после пожара, положения, детализирующие эти указания, примеры расчета элементов, а также рекомендации по проектированию.

В Пособие не включен теплотехнический расчет температуры в железобетонных элементах, так как расчет при сложном нестационарном процессе тепло- и массопереноса проводят с помощью компьютерных программ. В Пособии приведены только результаты этого расчета — распределение температуры в бетоне наиболее часто применяемых элементов конструкции. Для других размеров плит, балок и колонн допускается интер- и экстраполяция температуры.

В Пособии приводится определение предела огнестойкости по потере несущей способности железобетонных элементов и даются примеры по установлению обеспечения конструкции требуемого предела огнестойкости по потере несущей способности.

Единицы физических величин приведены в Пособии в системе СИ: сила выражена в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); распределенные нагрузки и усилия в кН/м или Н/мм, напряжения, сопротивления, модули упругости в мегапаскалях (МПа).

Поскольку 1МПа = 1Н/мм2, при использовании в примерах расчета формул, включающих величины в МПа (напряжения, сопротивления, модули упругости), для удобства расчета они переводятся в Н/мм2. Остальные величины приводятся только в Н и мм (мм2). В таблицах нормативные и расчетные сопротивления и модули упругости материалов приведены в МПа и в кгс/см2.

Приведены уточненные значения коэффициента γst для арматуры класса А500 ( табл. 2.8).

Пособие разработано д-ром техн. наук, проф. А.Ф. Миловановым при участии кандидатов техн. наук В.В. Соломонова, И.С. Кузнецовой, инженеров О.П. Барановой, И.М. Румянцева, Ю.В. Середа.

Автор выражает большую благодарность Л.Ф. Калининой за помощь, оказанную при подготовке рукописи к изданию.

Отзывы и замечания просим присылать по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6., НИИЖБ им. А.А. Гвоздева.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Расчет огнестойкости при пожаре и огнесохранности после пожара производится при наличии следующих данных:

степени огнестойкости здания или сооружения и пределов огнестойкости несущих железобетонных конструкций;

расчетной схемы всего здания или сооружения и отдельных элементов конструкций;

нормативной и расчетной нагрузкок;

усилий в отдельных элементах конструкций от нормативной и расчетной нагрузок.

1.2. Согласно СНиП 21-01-97* здания и сооружения, выделенные противопожарными стенами и перекрытиями, подразделяются по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности. Степень огнестойкости здания и сооружения определяется пределом огнестойкости его железобетонных несущих и ненесущих конструкций.

Предел огнестойкости железобетонной конструкции устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или двух нормирующих для данной конструкции признаков предельных состояний:

потерей несущей способности R ;

потерей теплоизолирующей способности j ;

а также проверки по потере целостности Е — возможности взрывоопасного разрушения влажного бетона при огневом воздействии.

Класс конструктивной пожарной опасности определяется степенью участия железобетонной конструкции в развитии пожара и образованием его опасных факторов.

Класс функциональной пожарной опасности здания и сооружения и их частей определяется назначением и особенностями размещаемых технологических процессов.

Предел огнестойкости строительных конструкций: таблица

/ Статьи / Пожарная безопасность

Пределы огнестойкости строительных конструкций имеют следующие обозначения:

• потеря несущей способности (R);
• потеря целостности (Е);
• потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I);
• достижение предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает:

• при потере целостности (Е),
• теплоизолирующей способности (I),
• достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S).

Внимание: методические материалы для проведения занятий по данной теме по кнопке скачать после статьи!

Степени и пределы

(зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков)

Строительные конструкции бесчердачных покрытий

Строительные конструкции лестничных клеток

Металлических

Испытание предела огнестойкости дверей

Пределы огнестойкости большинства незащищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах: (R10 – R15) для стальных конструкций; (R6 – R8) для алюминиевых конструкций. Исключение составляют колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать R 45, но применение таких конструкций в строительной практике встречается крайне редко.

В случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) указан R15 (RE15, REI15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R8 (СП 2.13130.2012).

Причина столь быстрого исчерпания незащищенными металлическими конструкциями способности сопротивляться воздействию пожара заключается в больших значениях теплопроводности и малых значениях теплоемкости. Высокая теплопроводность металла практически не вызывает температурного градиента внутри сечения металлической конструкции.

Это приводит к тому, что при пожаре температура незащищенных металлических конструкций быстро достигает критических температур прогрева металла, при которых происходит снижение прочностных свойств материала до такой величины, что конструкция становится неспособной выдерживать приложенную к ней внешнюю нагрузку, в результате чего наступает предельное состояние конструкции по признаку потере несущей способности (R).

Значения критической температуры Tcr прогрева различных металлических конструкций при нормативной эксплуатационной нагрузке приведены в таблице:

Низколегированная сталь марки:

Алюминевые сплавы марки:

Как видно из таблицы критические температуры для алюминиевых конструкций в 2-3 раза ниже, чем у стальных элементов. Если возникает необходимость обеспечить огнестойкость металлических конструкций зданий выше, чем R15, то применяют различные способы повышения огнестойкости этих конструкций: облицовка несгораемыми материалами, нанесение на поверхность специальных огнезащитных покрытий (красок и обмазок), наполнение полых конструкций водой постоянным или аварийным, с естественной или принудительной циркуляцией.

Деревянных

Испытания на предел огнестойкости

В отличие от металла дерево является горючим материалом, поэтому пределы огнестойкости деревянных конструкций зависят от двух факторов: времени от начала воздействия пожара до воспламенения древесины времени от начала воспламенения древесины до наступления того или иного предельного состояния конструкции.

Традиционным способом повышения огнестойкости деревянных конструкций является нанесение штукатурки. Слой штукатурки толщиной 2 см на деревянной колонне повышает ее предел огнестойкости до R60. Эффективным способом огнезащиты деревянных конструкций являются разнообразные краски вспучивающиеся и невспучивающиеся, а также пропитка антипиренами.

Время от начала теплового воздействия до воспламенения древесины в зависимости от способа огнезащиты приведено в таблице:

штукатуркой цементной по металлической сетке толщиной 10…12мм

полужесткой минераловатной плитой толщиной 70мм

асбоцементными плоскими листамитолшиной 10…12мм

Испытание предела огнестойкости окон

Огнестойкость железобетонных конструкций зависит от многих факторов: конструктивной схемы, геометрии, уровня эксплуатационных нагрузок, толщины защитных слоев бетона, типа арматуры, вида бетона, и его влажности и др.

В условиях пожара предел огнестойкости железобетонных конструкций наступает, как правило:

а) за счет снижения прочности бетона при его нагреве;

б) теплового расширения и температурной ползучести арматуры;

в) возникновения сквозных отверстий или трещин в сечениях конструкций;

г) в результате утраты теплоизолирующей способности.

Наиболее чувствительными к воздействию пожара являются изгибаемые железобетонные конструкции: плиты, балки, ригели, прогоны. Их предел огнестойкости в условиях стандартных испытаний обычно находится в пределах R45-R90. Столь малое значение пределов огнестойкости изгибаемых элементов объясняется тем, что рабочая арматура растянутой зоны этих конструкций, которая вносит основной вклад в их несущую способность, защищена от пожара лишь тонким защитным слоем бетона. Это и определяет быстроту прогрева рабочей арматуры конструкции до критической температуры.

Данные о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций приведены в таблицах:

Таблица 1.Пределы огнестойкости свободно опертых плит.

Огнезащита плит перекрытий

Один из важных показателей безопасности конструкций – огнестойкость, то есть способность какое-то время противостоять действию огня и высокой температуры. Особенно важен этот показатель для несущих конструкций, обеспечивающих общую геометрическую устойчивость всего здания.

1. Огнестойкость конструкции
2. Огнезащита плит перекрытия плитами из каменной ваты
   1. Инструменты, материалы и крепежные элементы
   2. Порядок выполнения работ
3. Методы огнезащиты строительных конструкций
4. Полезное видео

Огнестойкость конструкции

Огнестойкость конструкций характеризует предел огнестойкости – время, в течение которого наступает один или несколько признаков предельного состояния конструкции:

• Потеря несущей способности (R);
• Потеря целостности (E);
• Потеря теплоизолирующей способности (I).

Этот показатель нормирует СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Предел огнестойкости для конструкции, участвующей в обеспечении пространственной целостности здания, назначается в зависимости от степени огнестойкости здания.

Но для определения, к какой степени огнестойкости отнести здание, надо знать другие показатели – класс конструктивной пожарной опасности здания, максимально допустимую высоту и площадь пожарного отсека. При проектировании промышленных зданий учитывается также категория здания по производственному процессу.

Степень огнестойкости здания назначают в зависимости от многих факторов:

Далее, в соответствии с классом конструктивной пожарной опасности, можно определить тип противопожарной преграды:

Максимальное значение предела огнестойкости для междуэтажных перекрытий, в случае, если перекрытие служит ограничителем пожарного отсека, — REI 150. Это означает, что разрушение конструкции, потеря несущей способности или теплоизолирующей способности конструкции может наступить не ранее, чем через 150 минут или 2,5 часа.

Плиты перекрытий в большинстве случаев выполняются из негорючих материалов – бетона и металла. Также возможно изготовление монолитной конструкции. При действии огня влага, содержащаяся в бетоне, переходит в пар, что может вызвать хрупкое разрушение плит. В железобетонной плите потеря целостности может наступить из-за деформации под действием нагрева несущей арматуры изделия. Предел огнестойкости плит заводского изготовления указывают в паспорте продукции. Как правило, предел огнестойкости у разных марок и составов бетона варьируется от 1 до 2 часов, но в некоторых случаях этого не достаточно для обеспечения требуемого нормами предела огнестойкости.

Если предел огнестойкости плиты перекрытия меньше требуемого, выполняют огнезащитное покрытие.

Огнезащита плит перекрытия плитами из каменной ваты

Корпорация ROCKWOOL предлагает повышение предела огнестойкости железобетонных покрытий с помощью системы FT BARRIER. Подобные системы можно найти и у других производителей.

В этой системе плиты из каменной ваты крепят к железобетонной плите стальными анкерами, затем на плиты наносят декоративное покрытие. Плиты из каменной ваты в данном случае играют роль теплоизолятора, предотвращая потерю теплоизолирующей способности всей конструкцией перекрытия, и дополнительного звукоизоляционного барьера на период эксплуатации.

Инструменты, материалы и крепежные элементы

Для выполнения огнезащитной облицовки по системе FT BARRIER потребуются:

• Плиты из волокон базальтовой ваты – негорючего материала минерального происхождения, безопасного и эффективного;
• Стальные крепежные элементы – анкеры и держатели тарельчатого типа из углеродистой стали с антикоррозийным покрытием;
• Декоративное покрытие FT DEKOR;
• Измерительная лента или рулетка;
• Ножовка или строительный нож;
• Перфоратор;
• Молоток;
• Оборудование компании Sagola МАРКИ DEFYNIK или аналогичное для нанесения декоративного покрытия.

Порядок выполнения работ

Перед началом работ необходимо подготовить поверхность плит перекрытия – очистить от загрязнений биологического происхождения, зачистить неровности, мешающие плотному прилеганию облицовочных плит. Также должны быть заделаны межплитные швы. Производят раскрой плит с помощью ножовки или строительного ножа. Готовится крепеж из расчета 5 шт. на 1 плиту или 8,33 шт. на 1м 2 поверхности.

Монтаж производят два работника. Температура воздуха при нанесении декоративного покрытия должна быть выше 5°С.

Порядок монтажа:

1. Минераловатную плиту прикладывают к плите перекрытия;
2. Перфоратором высверливают отверстия глубиной не менее 50 мм для крепежа;
3. В отверстие вставляют анкер с одетой шайбой;
4. С помощью молотка вбивают анкер до плотного фиксирования шайбой плиты FT BARRIER к плите перекрытия;
5. Перед нанесением красочного слоя FT DEKOR краску разбавляют до 6% воды, тщательно перемешивая, краску наносят краскопультом в 2 слоя, общая толщина покрытия – 2-3 мм.

Методы огнезащиты строительных конструкций

Облицовка плит перекрытий плитами из каменной ваты – не единственный способ огнезащиты. Для увеличения предела огнестойкости конструкций существует множество составов и облицовочных материалов:

• Вспучивающиеся покрытия (например, ФЕНИКС СТВ, НЕОСПРЕЙ);
• Огнезащитные штукатурки на основе вермикулита, керамзита;
• Плиты из вермикулита ЭКОПЛАСТ;
• Лакокрасочные материалы – краски, пропитки, лаки (УНИТЕРМ).

Все эти способы огнезащиты могут быть применены для увеличения предела огнестойкости железобетонных плит перекрытий.

Вспучивающиеся покрытия имеют толщину в несколько миллиметров, безвредны, могут наноситься в условиях действующего оборудования. Эти покрытия могут быть на водной основе или основе растворителя – сольвенита, легко ложатся по грунтовке ГФ-о21 на конструкции самых сложных форм. Покрытия экономичны благодаря простоте нанесения и длительному сроку службы.

Огнезащитные штукатурки широко использовались до внедрения вспучивающихся покрытий. Их отличает более сложная система нанесения: конструкцию требуется предварительно обернуть стеклотканью, штукатурка выполняется по металлической сетке. Несмотря на малый вес наполнителей (вермикулит, керамзит), общий вес огнезащиты значительно увеличивает нагрузку на конструкции.

Огнезащитные плиты из вермикулита играют роль дополнительной тепло и звукоизоляции перекрытия. Монтаж плит выполняется по аналогии с огнезащитной системой FT BARRIER, увеличивает предел огнестойкости перекрытия до показателя R 240. Также могут использоваться для устройства огнезащитных подвесных потолков.

Различные лакокрасочные составы на водной основе или на растворителях выпускают отечественные и иностранные производители. Особенно часто составы используются для защиты металлоконструкций или древесины.

При строительстве одноквартирных жилых домов, при назначении степени огнестойкости здания V предел огнестойкости междуэтажных перекрытий не нормируется, то есть защита плит перекрытия от возгорания и увеличение предела огнестойкости плиты перекрытия не понадобится.

От огнестойкости строительных конструкций зависит безопасная эксплуатация зданий, увеличение предела огнестойкости строительных конструкций увеличивает время безопасной эвакуации в случае пожара из зданий различного назначения. Особенно важен предел огнестойкости конструкций для промышленных зданий с вредными и опасными производствами и общественных зданий с массовым пребыванием людей.

Увеличить предел огнестойкости конструкций, в частности, плит перекрытий, до требуемых действующими нормами значений, помогут современные огнезащитные материалы и системы огнезащиты.

Полезное видео

В этом ролике от производителя подробно рассказывается о назначении плит FT BARRIER ROCKWOOL и показывается процесс монтажа:

Предел огнестойкости ребристых плит перекрытия

Статья опубликована в издании «Бетон и железобетон – пути развития. Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) крнференции по бетону и железобетону. 5-9 сентября 2005 г. Москва; В 5 томах. НИИЖБ 2005, Том 2. Секционные доклады. Секция «Железобетонные конструкции зданий и сооружений»., 2005.»

Рассмотрим расчет предела огнестойкости безбалочного перекрытия на примере, который достаточно часто встречается в практике строительства. Безбалочное железобетонное перекрытие имеет толщину 200 мм из бетона класса при сжатии В25, армированного сеткой с ячейками 200х200 мм из арматуры класса А400 диаметром 16 мм с защитным слоем 33 мм (до центра тяжести арматуры) у нижней поверхности перекрытия и А400 диаметром 12 мм с защитным слоем 28 мм (до ц. т.) у верхней поверхности. Расстояние между колоннами 7м. В рассматриваемом здании перекрытие является противопожарной преградой первого типа по [6] и должно иметь предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности (I), целостности (Е) и несущей способности (R) REI 150. Оценку предела огнестойкости перекрытия по существующим документам можно определить расчетным путем только по толщине защитного слоя (R) для статически определимой конструкции, по толщине перекрытия (I) и по возможности хрупкого разрушения при пожаре (Е). При этом достаточно правильную оценку дают расчеты I и Е, а несущую способность перекрытия при пожаре как статически неопределимой конструкции можно определить только расчетом термонапряженного состояния, используя теорию упруго-пластичности железобетона при нагреве или теорию метода предельного равновесия конструкции при действии статической и тепловой нагрузки при пожаре. Последняя теория является наиболее простой, так как она не требует определения напряжений от статической нагрузки и температуры, а только усилий (моментов) от действия статической нагрузки с учетом изменения свойств бетона и арматуры при нагреве до появления в статически неопределимой конструкции пластических шарниров при превращении ее в механизм. В связи с этим оценка несущей способности безбалочного перекрытия при пожаре сделана по методу предельного равновесия, причем в относительных единицах к несущей способности перекрытия в обычных условиях эксплуатации. Были рассмотрены и проанализированы рабочие чертежи здания, выполнены расчеты пределов огнестойкости железобетонного безбалочного перекрытия по наступлению нормируемых для данных конструкций признаков предельных состояний [6]. Расчет пределов огнестойкости по несущей способности выполнен с учетом изменения температуры бетона и арматуры за 2,5 часа стандартных испытаний. Все термодинамические и физико-механические характеристики материалов конструкции, приведенные в настоящем докладе приняты на основании данных ВНИИПО, НИИЖБ, ЦНИИСК [1, 3-5].

ПРЕДЕЛ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЕРЕКРЫТИЯ ПО ПОТЕРЕ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ (I)

ПРЕДЕЛ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЙ ПО ПОТЕРЕ ЦЕЛОСТНОСТИ (E)

ПРЕДЕЛ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЕРЕКРЫТИЯ ПО ПОТЕРЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ (R)

ВЫВОДЫ

1. Для оценки предела огнестойкости безбалочного железобетонного перекрытия должны быть выполнены расчеты его предела огнестойкости по трем признакам предельных состояний: потери несущей способности R; потери целостности E; потери теплоизолирующей способности I. При этом можно использовать следующие методы: предельного равновесия, прогрева и механики трещин.
2. Расчеты показали, что для рассматриваемого объекта по всем трем предельным состояниям предел огнестойкости перекрытия толщиной 200 мм из бетона класса по прочности при сжатии В25, армированного арматурной сеткой с ячейками 200х200 мм сталью А400 с толщиной защитного слоя арматуры диаметром 16 мм у нижней поверхности 33 мм и верхней диаметром 12 мм — 28 мм составляет не менее REI 150.
3. Данное безбалочное железобетонное перекрытие может выполнять роль противопожарной преграды, первого типа по [6].
4. Оценку минимального предела огнестойкости безбалочного железобетонного перекрытия можно выполнять по методу предельного равновесия при условиях достаточной заделки растянутой арматуры в местах образования пластических шарниров.

Литература

1. Инструкция по расчету фактических пределов огнестойкости железобетонного строительных конструкций на основе применения ЭВМ. – М.: ВНИИПО, 1975.
2. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. М., 1994. – 10 с.
3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. –54 с.
4. СНиП-2.03.04-84. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях действия повышенных и высоких температур. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.
5. Рекомендации по расчету пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1979. – 38 с.
6. СНиП-21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений. ГУП ЦПП, 1997. – 14 с.
7. Рекомендаций по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре. – М.: Стройиздат, 1979. – 21 с.
8. Рекомендации по проектированию многопустотных плит перекрытий с требуемой огнестойкостью. – М.: НИИЖБ, 1987. – 28 с.
9. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1975. С.98-121.
10. Методические рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций (МДС 21-2.000). – М.: НИИЖБ, 2000. – 92 с.
11. Гвоздев А.А.. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. Гос.издательство строительной литературы. – М., 1949.