Арматура

Бетон

5.1 Нормативные и расчетные , сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и растяжению , и , начальный модуль упругости и модуль деформации бетона при сжатии следует принимать по действующим нормативным документам.

При пожаре железобетонные конструкции в нагруженном состоянии подвергаются высокотемпературному огневому воздействию, которое изменяет свойства бетона. Изменение нормативного и расчетного сопротивлений бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывается коэффициентом условий работы бетона :

; ; . (5.1)

Значение коэффициента условия работы принимают по средней температуре бетона при расчете по формулам:

сжатой зоны - (8.9, 8.10, 8.24-8.26, 8.39, 8.40);

сжатой полки - (8.15, 8.16, 8.17);

сжатого ребра - (8.16, 8.17);

поперечного сечения - (8.22, 8.56);

по температуре крайнего волокна - (5.6, 5.7);

по температуре в зоне анкеровки - (8.14).

Значение коэффициента условий работы бетона на сжатие разрешается принимать равным единице ( 1) при нагреве бетона до критической температуры (п.4.12) и 0 при нагреве бетона выше критической температуры.

При расчете огнестойкости и огнесохранности по деформационной модели и с помощью компьютерных программ необходимо учитывать изменение коэффициента условий работы бетона на всем диапазоне температур нагрева бетона.

При этом расчет ведется по геометрическому сечению бетона. Значения коэффициента условий работы бетона на сжатие принимают по табл.5.1 в зависимости от температуры бетона.

Таблица 5.1

#G0Вид бетона	Коэффициент	Значение коэффициентов , и для бетона при температуре, °С
Тяжелый, на силикатном заполнителе		1,0 1,0	0,98 0,95	0,95 0,90	0,85 0,80	0,80 0,70	0,60 0,50	0,20 -	0,10 -
		1,0	0,70	0,50	0,40	0,30	0,20	0,10	0,05
		1,5	3,0	5,7	9,0	13,0	19,0	-	-
Тяжелый на карбонатном заполнителе		1,0 1,0	1,0 0,95	0,95 0,90	0,90 0,85	0,85 0,80	0,65 0,60	0,30 -	0,15 -
		1,0	0,75	0,55	0,45	0,35	0,25	0,15	0,10
		1,2	2,4	4,6	7,2	10,0	15,0	-	-
Конструкционный керамзитобетон		1,0 1,0	1,0 1,0	1,0 1,0	0,95 1,0	0,85 0,95	0,70 0,80	0,50 -	0,25 -
		1,0	0,85	0,80	0,70	0,60	0,45	0,30	0,15
		0,7	3,2	5,9	9,2	13,5	20,0	-	-
Примечания   1 Значения коэффициентов над чертой и даны в нагретом состоянии, и они используются при расчете огнестойкости.   2 Значения коэффициентов под чертой и даны после нагрева в охлажденном состоянии, и они используются при расчете огнесохранности.

5.2 Нормативные и расчетные и сопротивления бетона растяжению при огневом воздействии также изменяются. Изменение сопротивлений бетона растяжению с увеличением температуры нагрева учитывают коэффициентом условий работы бетона на растяжение

; ; . (5.2)

При расчете на поперечную силу (формулы 8.58, 8.62, 8.64) значения коэффициента принимают по средней температуре бетона сечения; при расчете усилия в зоне анкеровки (8.14) - по температуре анкерующего стержня арматуры. Значения коэффициента принимают: при 50 °С - 0,80; 100 °С - 0,75; 150 °С - 0,70; 200 °С - 0,65; 300 °С - 0,50; 400 °С - 0,35; 500 °С - 0,20, 600 °С - 0,05.

5.3 Температуру бетона определяют теплотехническим расчетом (см. раздел 6) или по приложениям А и Б. Среднюю температуру бетона сжатой зоны , расположенной у нагреваемой грани сечения, допускается принимать:

- при - по температуре бетона, на расстоянии 0,2 и для плит 0,1 от сжатой грани сечения;

- при и - на расстоянии 0,5 от сжатой грани сечения.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны у ненагреваемой грани сечения балки принимают по рис.5.1.

Рисунок 5.1 - Средняя температура бетона сжатой зоны (у ненагреваемой стороны) в балке,

обогреваемой с трех других сторон, при длительности стандартного пожара по ИСО 834 от 30 до 240 мин

5.4 При расчете огнестойкости изменение значения начального модуля упругости при непродолжительном огневом воздействии с увеличением температуры учитывают коэффициентом :

. (5.3)

Значение коэффициента принимают по табл.5.1 в зависимости от температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (8.11, 8.13);

- -го сечения - (8.45, 8.48, 8.53-8.55);

- крайнего сжатого волокна - (5.5, 11.31, 11.32).

5.5 При расчете огнесохранности и продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле:

. (5.4)

Коэффициент ползучести бетона после нагрева принимают по табл.5.1 для температуры бетона при расчете по формулам:

- в центре тяжести приведенного сечения - (8.11, 8.13);

- для крайнего волокна сжатой зоны бетона - (11.31, 11.32).

Допускается температуру бетона в центре тяжести приведенного сечения принимать равной его средней температуре.

5.6 При нагревании бетона естественной влажности его температурная деформация состоит из двух видов деформаций: обратимой - температурное расширение и необратимой - температурная усадка.

Значения коэффициентов температурной деформации расширения приведены в табл.5.2 и температурной усадки - в табл.5.3.

Таблица 5.2

#G0Вид бетона	Коэффициент температурного расширения бетона ·10 , °С , при температуре бетона, °С
	20-50				700-1100
Тяжелый на силикатном заполнителе					14,5
Тяжелый на карбонатном заполнителе					15,5
Конструкционный керамзитобетон	8,5	8,5		5,5	4,5

Таблица 5.3

#G0Вид бетона	Коэффициент температурной усадки бетона ·10 , °С , при температуре бетона, °С
	20-50				700-1100
Тяжелый на силикатном заполнителе	0,5	1,0	1,0	-1,8	-6,8
Тяжелый на карбонатном заполнителе	0,5	1,5	1,1	1,3	1,5
Конструкционный керамзитобетон			1,5	1,5	1,5

5.7 Относительные деформации бетона сжатию при однозначной равномерной эпюре и при двухзначной эпюре в нормальном сечении в зависимости от длительности действия нагрузки и расчета на огнестойкость и огнесохранность принимают по табл.5.4.

Таблица 5.4

#G0	Относительные деформации бетона при сжатии и расчете на
Наименьшая температура нагрева сжатого бетона в сечении, °С	огнестойкость и кратковременное нагружение	огнесохранность и длительное нагружение
	0,15	0,20	0,35	0,28	0,34	0,48
	0,19	0,25	0,44	0,35	0,43	0,60
	0,26	0,35	0,61	0,49	0,60	0,84
	0,38	0,50	0,88	0,70	0,85	1,20
	0,49	0,65	1,14	0,91	1,11	1,56
	0,68	0,90	1,58	1,26	1,53	2,16

Относительные деформации бетона принимают для наименее нагретого сжатого волокна бетона, так как при неравномерном нагреве сжатого бетона разрушение его происходит по наиболее прочному менее нагретому бетону.

5.8 При расчете огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций по деформационной модели может быть использована двухлинейная диаграмма состояния сжатого бетона.

При двухлинейной диаграмме (рис.5.2) сжимающие напряжения бетона в зависимости от относительных деформаций определяют по формулам:

при 0

; (5.5)

при

; , (5.6)

где ; .

Рисунок 5.2 - Диаграмма деформирования бетона при расчете огнестойкости и огнесохранности

Значение приведенного модуля деформаций принимают:

; . (5.7)

Базовые точки диаграммы - относительные деформации бетона , и принимают по табл.5.4 в зависимости от наименьшей температуры сжатого бетона, продолжительности действия нагрузки и расчета конструкции на огнестойкость или огнесохранность.

5.9 При расчете огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования бетона при сжатии от кратковременного огневого воздействия в нагретом состоянии при пожаре. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления бетона сжатию при кратковременном огневом воздействии.

При расчете огнесохранности железобетонных конструкций после пожара используют диаграммы деформирования бетона при сжатии после огневого воздействия в охлажденном состоянии. Диаграммы деформирования бетона на сжатие строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления бетона сжатию после огневого воздействия.

Арматура

5.10 Нормативные и расчетные , сопротивления арматуры и модуль упругости арматуры следует принимать по действующим нормативным документам.

При высокотемпературном огневом воздействии изменяются свойства арматуры.

Изменение сопротивления арматуры растяжению и сжатию с повышением температуры учитывают коэффициентом условий работы :

; (5.8)

. (5.9)

Изменение модуля упругости арматуры с повышением температуры учитывают коэффициентом :

. (5.10)

Значения коэффициентов , принимают по табл.5.5 в зависимости от температуры растянутой и сжатой арматуры.

Таблица 5.5

#G0Класс арматуры	Коэффициент	Значение коэффициентов , , при нагреве арматуры до температуры, °С
А240, А300, А400, А500		1,0 1,0	1,0 1,0	1,0 1,0	0,85 1,0	0,60 1,0	0,37 1,0	0,22 0,92	0,10 0,85
		0,1	0,92	0,90	0,85	0,80	0,77	0,72	0,65
А540, А600, А800, А1000		1,0 1,0	1,0 1,0	0,96 1,0	0,80 1,0	0,55 0,86	0,30 0,66	0,12 0,56	0,08 0,46
		1,0	0,90	0,85	0,80	0,76	0,70	0,66	0,61
В500, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, К1400, К1500		1,0 1,0	1,0 1,0	0,90 1,0	0,65 0,90	0,35 0,80	0,15 0,60	0,05 0,50	0,02 0,40
		1,0	0,94	0,86	0,77	0,64	0,55	0,45	0,35
Примечания   1 Значения коэффициента над чертой и значения коэффициента даны в нагретом состоянии, и они используются при расчете огнестойкости.   2 Значения коэффициента под чертой даны после нагрева в охлажденном состоянии, и они используются при расчете огнесохранности.   3 Значения коэффициента после нагрева равны 1.

Относительные деформации удлинения арматуры при достижении напряжением расчетного сопротивления определяют как упругие:

. (5.11)

5.11 При расчете железобетонных элементов по деформационной модели в качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями и относительными деформациями арматуры, может быть использована наиболее простая двухлинейная диаграмма (рис.5.3).

Рисунок 5.3 - Диаграмма деформирования арматуры при расчете огнестойкости и огнесохранности

Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми.

Напряжение в арматуре в зависимости от относительных деформаций согласно диаграмме состояния арматуры определяют по формулам:

при 0 ; (5.12)

при ; . (5.13)

Значения предельной относительной деформации арматуры составляют:

при 20-200 °С 0,0025;

при 500 °С 0,0050;

при 200 °С 500 °С - по интерполяции.

5.12 При расчете огнестойкости железобетонных конструкций используют диаграммы деформирования арматуры при растяжении и сжатии от кратковременного огневого воздействия в нагретом состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения нормативного сопротивления арматуры растяжению и расчетного сопротивления сжатию при кратковременном огневом воздействии.

5.13 При расчете огнесохранности железобетонных конструкций после пожара используют диаграммы деформирования арматуры после огневого воздействия в охлажденном состоянии.

Диаграммы деформирования арматуры строят в зависимости от изменения расчетного сопротивления арматуры растяжению или сжатию после огневого воздействия.

5.14 С повышением температуры арматурная сталь расширяется. Коэффициент температурного расширения арматуры с повышением температуры возрастает и он больше коэффициента температурной деформации бетона (табл.5.6).

Таблица 5.6

#G0Класс арматуры	Коэффициент температурного расширения арматуры , °С , при температуре, °С
А240, А300, А400, А500, А540, А600, А800, А1000, В500, Вр1200-Вр1500, К1400, К1500	11,5	12,0	12,5	13,0	13,5	14,0	14,5	15,0	15,5

6 Теплотехнический расчет железобетонных конструкций

6.1 Для определения предела огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать распределение температур по бетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного пожара. Согласно положениям #M12291 9055247ГОСТ 30247.1#S температура стандартного пожара изменяется в зависимости от времени огневого воздействия и выражается уравнением:

, (6.4)

где - время нагрева, мин;

- начальная температура, °С.

При начальной температуре 20 °С по уравнению (6.4) температура среды поднимается в зависимости от времени огневого воздействия (табл.6.1).

Таблица 6.1

#G0Время, мин.	, °С

6.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения элемента в заданный момент времени. Функциональная зависимость температуры от времени описывается дифференциальным уравнением теплопроводности Фурье при нелинейных граничных условиях и сложном процессе тепло- и массопереноса.

Алгоритм расчета представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы ее 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 жесткой арматурой. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0,01-0,03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.

6.3 Для теплотехнического расчета железобетонных элементов рекомендуется принимать:

коэффициент теплопроводности тяжелого бетона:

на силикатном заполнителе:

, Вт/(м·°С); (6.2)

на карбонатном заполнителе:

, Вт/(м·°С); (6.3)

для конструкционного керамзитобетона:

, Вт/(м·°С); (6.4)

коэффициент теплоемкости:

для тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителях:

, кДж/(кг·°С); (6.5)

для конструкционного керамзитобетона:

, кДж/(кг·°С). (6.6)

Приведенный коэффициент температуропроводности:

, м /ч, (6.7)

где и - расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона при 450 °С;

- плотность сухого бетона, кг/м ;

- весовая эксплуатационная влажность бетона, кг/кг.

В элементах с жесткой арматурой, у которых наблюдается перепад температуры по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры, необходимо учитывать теплопроводность стали. Коэффициент теплопроводности стали равен:

, Вт/(м·°С). (6.8)

Коэффициент теплоемкости стали равен:

, кДж/(кг·°С). (6.9)

6.4 Для наиболее часто применяемых в строительстве железобетонных конструкций (плит, стен, балок, колонн) были проведены теплотехнические расчеты распределения температур в бетоне поперечного сечения элемента при одно-, двух-, трех- и четырехстороннем нагреве в зависимости от длительности воздействия стандартного пожара.

Теплотехническому расчету были подвергнуты железобетонные конструкции из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м , влажностью до 2,5-3% на силикатном и карбонатном заполнителе, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400-1600 кг/м с влажностью до 5% (см. приложения А и Б).

7 Предел огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности

7.1 Температура на необогреваемой поверхности конструкции при одностороннем огневом воздействии зависит от условий теплообмена на этой поверхности, который характеризуется коэффициентом теплоотдачи.

В расчет вводится среднее арифметическое начального и конечного коэффициентов теплоотдачи. Начальное значение находят при повышении температуры на 1 °С на необогреваемой поверхности. Конечное значение коэффициента теплоотдачи определяют при повышении температуры на необогреваемой поверхности до 160 °С, т.е. при наступлении предела огнестойкости конструкции по потере теплоизолирующей способности. Затем теплотехническим расчетом находят время достижения предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности.

7.2 Предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности при одностороннем нагреве плит, стен из тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителе и из конструкционного керамзитобетона при длительности огневого воздействия до 300 мин указан на рис.7.1. Для многопустотных плит предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности следует умножить на коэффициент 0,65.

1 - тяжелого бетона на силикатном заполнителе; 2 - тяжелого бетона

на карбонатном заполнителе; 3 - конструкционного керамзитобетона

Рисунок 7.1 - Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит (стен)

при одностороннем нагреве бетона от стандартного пожара по #M12291 9055247ГОСТ 30247.1#S

8 Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности