СТО 36554501-006-2006 => 12. конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций. 13. пояснения к приложениям....

12. Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций

 

12.1 При кратковременном высокотемпературном огневом воздействии во время пожара в бетоне происходят физико-химические процессы, изменяющие его механические свойства. В начале пожара, при температуре до 200 °С, прочность бетона на сжатие практически не изменяется. Происходит дополнительная гидратация клинкерных минералов и повышение прочности заполнителей, что упрочняет структуру бетона. Если влажность бетона выше 3,5 %, то при огневом воздействии и температуре 250 °С возможно хрупкое разрушение бетона. С повышением температуры бетона до 350 °С вследствие высыхания бетона начинают образовываться трещины от температурной усадки бетона (рис. 12.1).

 

 

1 - до 250 °С - взрывообразное хрупкое разрушение наружного слоя бетона с влажностью более 3,5 %; 2 - от 250-350 °С - в бетоне образуются, в основном, трещины от температурной усадки бетона; 3 - до 450 °С - в бетоне образуются трещины, преимущественно, от разности температурных деформаций цементного камня и заполнителей и свыше 450 °С - нарушение структуры бетона из-за дегидрации Ca(OH)₂, когда свободная известь в цементном камне гасится влагой воздуха с увеличением объема; 4 - свыше 573 °С - нарушение структуры бетона из-за модификационного превращения a-кварца в b-кварц в граните, сопровождающегося увеличением объема заполнителя; 5 - свыше 750 °С -структура бетона полностью разрушена

Рисунок 12.1 - Нарушение структуры бетона после высокотемпературного огневого воздействия

 

При высокотемпературном воздействии свыше 350 °С в структуре бетона образуются и развиваются микротрещины в кристаллизационной решетке цементного камня. Внутренние напряжения и микротрещины, которые образуются при нагревании из-за различия температурных деформаций в бетоне, снижают прочность и повышают деформативность бетона.

После нагрева бетона до температуры выше 450 °С в охлажденном состоянии свободная окись кальция (известь) цементного камня гасится влагой воздуха, при этом происходит значительное увеличение объема минерала с нарушением структуры бетона. Температурная усадка цементного камня при одновременном расширении заполнителей нарушает связи между ними и разрывает цементный камень на отдельные части.

Модификационные превращения кристаллического a-кварца в b-кварц в граните при температуре 573 °С сопровождаются значительным увеличением объема минерала и снижением прочности заполнителя. Охлаждение бетона водой при пожаротушении вызывает дополнительное нарушение структуры в наружных слоях бетона.

При температуре свыше 750 °С из цементного камня удаляется химически связанная вода, и структура бетона продолжает нарушаться из-за разности температурных деформаций вяжущего и заполнителей.

12.2 В арматуре классов А240, А300, А400 и А500 после нагрева до 600 °С, классов А540, А600, А800 и А1000 после нагрева до 400 °С и классов В500, Вр1200-Вр1500, K1400-K1500 после нагрева до 300 °С прочностные свойства восстанавливаются.

12.3 Для обеспечения огнесохранности и ремонтопригодности железобетонной конструкции после пожара необходимо, чтобы разрушающий слой бетона, нагретый до 450 °С, после пожара не оказывал влияния на дальнейшую эксплуатацию конструкции. Это можно обеспечить расстоянием от оси арматуры до нагреваемой грани.

12.4 При стандартном пожаре длительностью 90 минут расстояние от оси арматуры до нагреваемой грани бетона должно быть не менее 35 мм, при 120 мин - 45 мм, при 150 мин - 55 мм, при 180 мин - 60 мм.

12.5 Во избежание выпучивания продольной арматуры при ее нагреве во время пожара необходимо предусмотреть конструктивное армирование хомутами и поперечными стержнями.

12.6 Конструирование элементов должно обеспечить нагрев ненапрягаемой арматуры во время пожара не более 500 °С, предварительно напряженной арматуры - не более 100 °С.

12.7 Если фактические прогиб и раскрытие трещин после пожара превышают допустимые значения, но не препятствуют нормальной эксплуатации здания и сооружения, допускается не предусматривать усиление конструкции либо снижение нагрузки.

 

13. Пояснения к приложениям

 

Приложение А. Теплотехническим расчетом определена температура в плитах и стенах из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м³, влажностью до 2,5-3,0 %, на силикатном и карбонатном заполнителях, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400-1600 кг/м³ с влажностью до 5 %.

Температуру оси арматуры t_s (рис. А.1-А.6) принимают по температуре бетона на расстоянии от нагреваемой поверхности до оси арматуры.

Предел огнестойкости по потере несущей способности устанавливают по точке пересечения горизонтальной прямой на уровне критической температуры бетона t_b,cr с кривой прогрева слоя бетона толщиной a_t от обогреваемой поверхности до оси растянутой арматуры.

Предел огнестойкости многопустотных и ребристых плит с ребрами вверх следует определять как для сплошных плит с коэффициентом 0,9.

Температура тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плите высотой 200 мм на профилированном настиле указана на рис. А.7 и А.8.

Приложение Б. Теплотехническим расчетом определена температура в тяжелом бетоне с силикатным заполнителем плотностью 2000-2400 кг/м³ и влажностью 2-3 % при стандартном пожаре. Температуру в тяжелом бетоне с карбонатным заполнителем следует определять с коэффициентом 0,9 и в конструкционном керамзитобетоне - с коэффициентом 0,85 по значению температуры, приведенной в номограммах:

- для колонн сечением:

200x200 мм - рис. Б.1; Б.2;

300x300мм - рис. Б.3;

400x400 мм - рис. Б.4, Б.5;

- для балок сечением:

160x320 мм -рис. Б.7;

300x600 мм - рис. Б.8, Б.9;

- для монолитного ребристого перекрытия с балкой сечением 160x320 мм и плитой толщиной 100 мм - рис. Б.10, Б.11:

- 300x600 мм ~ 200 мм - рис. Б.12-Б.17;

- для двутавровых балок с шириной полки 240 мм и стенки 80 мм - рис. Б.18:

~ 300 мм ~ 120 мм - рис. Б.19, Б.20;

~ 400 мм ~ 120 мм - рис. Б.21, Б.22.

Температуру прогрева бетона, приведенную в приложениях А и Б, используют при расчете огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций жилых, гражданских, спортивных, административных, промышленных зданий и сооружений и тоннелей метро. Для железобетонных конструкций автодорожных и железнодорожных тоннелей, в которых перевозят горючие жидкости, допускается значения температуры умножать на 1,1, а при перевозке углеводородных газов - на 1,2. Для складских помещений для хранения каучука, синтетических материалов, масел, лаков, красок, сжиженного газа, бумаги, зерна и муки - на 1,25.

Температуру бетона в плитах, балках и колоннах, имеющих промежуточные размеры, указанные в приложениях, допускается определять интерполяцией, а имеющих большие значения - экстаполяцией. Для колонн круглого поперечного сечения изменения температуры по радиусу колонны допускается определять так же, как и по оси стороны квадратной колонны.

 

 

Приложение А

 

Температура прогрева бетона в плитах и стенах при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара

 

 

0-120 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.1 - Температура прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем огневом воздействии

 

 

0-200 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.2 - Температура прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем огневом воздействии

 

 

0-120 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.3 - Температура прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем огневом воздействии

 

 

0-200 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.4 - Температура прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем огневом воздействии

 

0-120 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.5 - Температура прогрева конструкционного керамзитобетона в плитах и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем огневом воздействии

 

 

0-200 - глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.6 - Температура прогрева конструкционного керамзитобетона в плитах и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем огневом воздействии

 

 

Рисунок А.7 - Температура прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах на профилированном настиле (1) при одностороннем огневом воздействии длительностью 60 и 100 мин

 

 

Рисунок А.8 - Температура прогрева бетона в плите на профилированном настиле (1) при одностороннем огневом воздействии стандартного пожара длительностью 120 и 150 мин

Приложение Б

 

Температура прогрева бетона в колоннах, балках и ребристых конструкциях

 

 

Рисунок Б.1 - Температура прогрева бетона в колонне сечением 200x200 мм при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.2 - Температура прогрева бетона в колонне сечением 200x200 мм при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 90 и 120 мин

 

 

Рисунок Б.3 - Изотермы в бетоне колонны сечением 300x300 мм при четырехстороннем воздействии стандартного пожара длительностью 30, 60, 90, 120, 180 и 240 мин

 

 

Рисунок Б.4 - Температура прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.5 - Температура прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 90 и 120 мин

 

 

Рисунок Б.6 - Температура прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 180 и 240 мин

 

 

Рисунок Б.7 - Температура прогрева бетона в балке сечением 160x320 мм при трехстороннем воздействии пожара длительностью 30, 60, 90 и 120 мин

 

 

Рисунок Б.8 - Изотермы в бетоне балки сечением 300´600 мм при трехстороннем огневом воздействии стандартного пожара длительностью 30, 60 и 90 мин

 

 

Рисунок Б.9 - Изотермы в бетоне балки сечением 300x600 мм при трехстороннем огневом воздействии стандартного пожара длительностью 120, 180 и 240 мин

 

 

Рисунок Б.10 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 160´320 мм и плитой толщиной 100 мм при пожаре длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.11 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 160´320 мм и плитой толщиной 100 мм при пожаре длительностью 90 и 120 мин

 

 

Рисунок Б.12 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 30 мин

 

 

Рисунок Б.13 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 60 мин

 

 

Рисунок Б.14 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300´600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 90 мин

 

 

Рисунок Б.15 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300´600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 120 мин

 

 

Рисунок Б.16 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300´600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 180 мин

 

 

Рисунок Б.17 - Температура прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой сечением 300´600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 240 мин

 

Рисунок Б.18 - Температура прогрева бетона в двутавровой балке со стенкой толщиной 80 мм и полкой шириной 240 мм при пожаре длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.19 - Температура прогрева бетона в двутавровой балке со стенкой толщиной 120 мм и полкой шириной 300 мм при пожаре длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.20 - Температура прогрева бетона в двутавровой балке со стенкой толщиной 120 мм и полкой шириной 300 мм при пожаре длительностью 90 и 120 мин

 

 

Рисунок Б.21 - Температура прогрева бетона в двутавровой балке со стенкой толщиной 120 мм и полкой шириной 400 мм при пожаре длительностью 30 и 60 мин

 

 

Рисунок Б.22 - Температура прогрева бетона в двутавровой балке со стенкой толщиной 120 мм и полкой шириной 400 мм при пожаре длительностью 90 и 120 мин

 

 

Приложение В

 

Основные буквенные обозначения

 

Усилия от нагрузки и температуры в поперечном сечении элемента при огневом воздействии

 

Mn, M, Mt	-	изгибающий момент от нормативной и расчетной нагрузок и от температуры в результате огневого воздействия;
Nn, N, Nt	-	продольная сила от нормативной и расчетной нагрузок и от температуры в результате огневого воздействия;
Qn, Q, Qt	-	поперечная сила от нормативной и расчетной нагрузок и от температуры в результате огневого воздействия;
u	-	длительность стандартного пожара;
Rbnt = Rbn gbt Rb,tem = Rb gbt	-	нормативное и расчетное сопротивления бетона сжатию;
Rbtnt = Rbtn gtt Rbtt = Rbt gtt	-	нормативное и расчетное сопротивления бетона растяжению;
Rsnt = Rsn gst Rst = Rs gst	-	нормативное и расчетное сопротивления арматуры растяжению;
Rsct = Rsc gst	-	расчетное сопротивление арматуры сжатию;
Rswt = Rsw gst	-	расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению;
Ebt = Eb bb	-	модуль упругости бетона;
Ebt	-	модуль деформации бетона;
Est = Es bs	-	модуль упругости арматуры;
gbt, gtt	-	коэффициенты условий работы бетона при сжатии и растяжении;
gst	-	коэффициент условий работы арматуры при сжатии и растяжении;
gst,cr	-	критическое значение коэффициента условий работы растянутой арматуры;
bb, bs	-	коэффициенты, учитывающие изменения модулей упругости бетона и арматуры;
jb,cr	-	коэффициент ползучести сжатого бетона;
abt, acs, ast	-	коэффициенты температурной и усадочной деформации бетона и температурной деформации арматуры;
et, esc	-	температурная деформация и деформации усадки бетона;
l, C, ared	-	коэффициенты теплопроводности, теплоемкости бетона и арматуры и приведенный коэффициент температуропроводности бетона;
eb0, eb2	-	предельные относительные деформации бетона при осевом сжатии и однородном напряженном состоянии и крайнего волокна бетона сжатой зоны, при неоднородном напряженном состоянии;
es0, es2	-	относительные деформации арматуры при напряжении, равном Rst;
ew	-	расстояние между хомутами;
e, e'	-	расстояние от точки приложения продольной силы N до равнодействующей усилий в арматуре соответственно S и S';
e0	-	эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения.
Геометрические характеристики
a, a'	-	расстояние от равнодействующей усилий в арматуре S и S' до ближайшей грани сечения;
at	-	глубина прогрева бетона до критической температуры tb,cr;
h0t	-	рабочая высота сечения при нагреве бетона сжатой зоны до критической температуры бетона tb,cr;
tb, ts	-	температуры бетона и арматуры;
bt	-	ширина прямоугольного сечения, ширина ребра таврового и двутаврового сечений при нагреве бетона до критической температуры;
	-	ширина полки таврового и двутаврового сечений в сжатой зоне при нагреве бетона до критической температуры.

 

 

Ключевые слова: огнестойкость, огнесохранность, критическая температура нагрева бетона и арматуры, температурные деформации расширения и усадки, стандартный режим пожара.