Особенности поведения строительных конструкций при пожаре.
Об огнестойкости металлических конструкций Пределы огнестойкости большинства не защищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах R10...R15. Причиной этого является большое значение теплопроводности металла, что при пожаре приводит к быстрому достижению критических температур прогрева конструкции, при которых наступает предельное состояние конструкции по потере несущей способности R. Высокая теплопроводность металла позволяет предполагать, что теплоперенос в массе металлической конструкции является равномерным и мгновенным, поэтому для металла можно не использовать понятия температурного градиента ни по сечению, ни по длине элементов. Степень нагрева металлических конструкции при пожаре зависит от размеров их элементов и величины поверхности их обогрева. При увеличении объема металла и уменьшении поверхности его обогрева температура элемента снижается. В настоящее время мало изучено поведение сварных, болтовых и заклепочных соединений в условиях пожара. Снижение прочности на срез стального болта или заклёпки, находящихся в условиях пожара, приводит к разрушению соединения, а снижение прочности стали соединяемых элементов на смятие увеличивает его деформативность. На поведение болтовых и заклепочных соединений в условиях пожара оказывает влияние значения коэффициента температурного расширения стали соединяемых элементов, а также болтов и заклепок. На огнестойкость металлических конструкций оказывает влияние их конструктивное исполнение. Так, при действии на балку высоких температур при пожаре даже на ограниченную часть ее поверхности, сечение конструкции, вследствие высокой теплопроводности металла, быстро прогревается до одинаковой температуры. При этом снижается предел текучести и модуль упругости стали. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует максимальный изгибающий момент. При использовании таких балок в балочной клетке из-за преждевременного выхода из строя стального настила, жестко прикрепленного к балкам, наблюдается потеря их общей устойчивости. Потеря общей устойчивости прокатных балок происходит и в случае шарнирного опирания на них стального настила. Исчерпание несущей способности балок составного сечения происходит в зоне действия максимального изгибающего момента, потери общей устойчивости конструкции из-за обрушения связей в виде настила или второстепенных балок балочной клетки, а также потери местной устойчивости стенкой балки или свесов сжатых полок. Разрушение конструкции может наблюдаться в сварных, болтовых или заклепочных соединениях элементов составного сечения от действия сдвигающих усилий. Разрушение статически определимой балки происходит в результате образования одного пластического шарнира. Статически неопределимые балки являются предпочтительными по сравнению со статически определимыми. Так двухпролетная статически неопределимая балка разрушается в условиях пожара в результате образования трех пластических шарниров, и предел огнестойкости такой конструкции выше статически определимой. Условия опирания балки также влияют на значение ее предела огнестойкости. Заделка стальной балки в железобетонные или каменные стены стесняет температурные деформации вдоль ее длины. Помимо коробления стальных конструкций от пожара возникают повреждения конструкций от их линейного удлинения (коэффициент линейного удлинения стали равен (1,2... 1.4) * (10^5). При возрастании температуры на каждые 100 °C один метр длины стальной балки удлиняется в среднем на 1,3 мм. Если сечение балки значительное, то примыкающие конструкции - кирпичные стены, колонны будут деформированы или разрушены. Из-за разрушения опор балки падают, что может вызвать разрушение сооружения. Если колонна защемлена, то она искривляется, происходит повреждение болтовых и сварных соединений в местах стыков. Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию несущей способности се элементов и узловых соединений этих элементов. Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки конструкции. Сжатые элементы верхнего пояса и решетки могут потерять свою несущую способность в результате потери устойчивости в плоскости и из плоскости фермы. Повреждение при пожаре ограждающего покрытия или связей между фермами приводит к потере устойчивости сжатых элементов верхнего пояса из плоскости фермы на нераскрепленном участке. При расчете фермы соединения се элементов между собой рассматриваются как шарнирные, поэтому ферма считается статически определимой конструкцией. Потеря несущей способности хотя бы одним элементом приводит к отказу при пожаре всей конструкции. Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности стержнем конструкции; прочности или устойчивости элементами соединительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям колонны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами соединительной решетки в колоннах сквозных сечений; местной устойчивости стенки и свесов сжатых полок колонны составного двутаврового сечения; общей устойчивости колонны. Внецентренное сжатие, по сравнению с центральным, является более невыгодным видом загружения, которое отрицательно сказывается на огнестойкости конструкции. Необходимо отметить, что в ряде случаев колонна, работающая как центрально сжатая, в условиях пожара может быть подвергнута воздействию внецентренно приложенной силы сжатия. Это возможно при локальном воздействии температуры пожара на конструкции покрытия или перекрытия, опирающиеся на колонны среднего ряда. Обрушение конструкций покрытия или перекрытия с одной стороны от такой колонны приводят в дальнейшем к ее работе как внецентренно сжатой конструкции. Колонны являются элементами плоских рам или пространственного каркаса, шарнирно или жёстко соединённые с опирающимися на них конструкциями. В случае жесткого соединения колонны с ригелем ее работа зависит от поведения конструкции ригеля при пожаре. Введу наличия в здании системы внутренних помещений очаг пожара в начальной его стадии оказывается локализованным и поэтому воздействует на ограниченное число несущих конструкций. Это может привести к стеснению температурных деформаций колонны. которая в результате отсутствия свободы перемещения вдоль се длины получает дополнительное нагружение. Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы работы конструкции, а также конструкции сечения их элементов. Работа в условиях высоких температур сплошных составных сечений аналогична работе таких же сечений стальных балок и колонн, а сквозных сечений - работе ферм и сквозных колонн. В случае использования открытой затяжки, воспринимающей распор конструкции, отказ арок или рам при пожаре может наступать из-за потери несущей способности этим элементом. Разрушение арок и рам может наступить и из-за потери несущей способности опорных и конькового узлов, а потеря устойчивости элементов из плоскости конструкции - из-за обрушения связей. Элементы структурных конструкций, работающие на растяжение или сжатие, имеют небольшие сечения и поэтому быстро нагреваются в условиях пожара. Однако эти конструкции, в силу многократной статической неопределимости. менее чувствительны к повреждениям, т е. выход из строя одного или нескольких элементов не приводит к обрушению всей структуры. Мембраны относятся к конструкциям, у которых при нагреве происходит уменьшение усилий. Это вызывается увеличением прогиба конструкции до 1/10 - 1/15 ее пролета в результате температурного расширения и температурной деформации ползучести стали. Поэтому огнестойкость стальной мембраны составляет 0,75 - 1,0 ч. Наиболее уязвимым элементом мембранного покрытия является его опорный контур, Прогиб мембраны, образовавшийся во время нагрева, является в большей своей части необратимым, т.е. после охлаждения конструкции он практически не исчезает. Поведение в условиях пожара мембраны, выполненной из алюминиевых сплавов, значительно хуже, чем стальной. Например, мембрана толщиной 1 мм из алюминиевого сплава АМг2П без огнезащиты обрушилась через 6 мин после начала огневых испытаний. Источник: Бедов А. И. и др. Оценка технического состояния оснований и строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.
Гальваника
Особенности поведения строительных конструкций при пожаре.
Об огнестойкости металлических конструкций
Пределы огнестойкости большинства не защищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах R10...R15. Причиной этого является большое значение теплопроводности металла, что при пожаре приводит к быстрому достижению критических температур прогрева конструкции, при которых наступает предельное состояние конструкции по потере несущей способности R.
Высокая теплопроводность металла позволяет предполагать, что теплоперенос в массе металлической конструкции является равномерным и мгновенным, поэтому для металла можно не использовать понятия температурного градиента ни по сечению, ни по длине элементов. Степень нагрева металлических конструкции при пожаре зависит от размеров их элементов и величины поверхности их обогрева. При увеличении объема металла и уменьшении поверхности его обогрева температура элемента снижается. В настоящее время мало изучено поведение сварных, болтовых и заклепочных соединений в условиях пожара.
Снижение прочности на срез стального болта или заклёпки, находящихся в условиях пожара, приводит к разрушению соединения, а снижение прочности стали соединяемых элементов на смятие увеличивает его деформативность. На поведение болтовых и заклепочных соединений в условиях пожара оказывает влияние значения коэффициента температурного расширения стали соединяемых элементов, а также болтов и заклепок.
На огнестойкость металлических конструкций оказывает влияние их конструктивное исполнение. Так, при действии на балку высоких температур при пожаре даже на ограниченную часть ее поверхности, сечение конструкции, вследствие высокой теплопроводности металла, быстро прогревается до одинаковой температуры. При этом снижается предел текучести и модуль упругости стали. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует максимальный изгибающий момент. При использовании таких балок в балочной клетке из-за преждевременного выхода из строя стального настила, жестко прикрепленного к балкам, наблюдается потеря их общей устойчивости. Потеря общей устойчивости прокатных балок происходит и в случае шарнирного опирания на них стального настила. Исчерпание несущей способности балок составного сечения происходит в зоне действия максимального изгибающего момента, потери общей устойчивости конструкции из-за обрушения связей в виде настила или второстепенных балок балочной клетки, а также потери местной устойчивости стенкой балки или свесов сжатых полок. Разрушение конструкции может наблюдаться в сварных, болтовых или заклепочных соединениях элементов составного сечения от действия сдвигающих усилий.
Разрушение статически определимой балки происходит в результате образования одного пластического шарнира. Статически неопределимые балки являются предпочтительными по сравнению со статически определимыми. Так двухпролетная статически неопределимая балка разрушается в условиях пожара в результате образования трех пластических шарниров, и предел огнестойкости такой конструкции выше статически определимой. Условия опирания балки также влияют на значение ее предела огнестойкости. Заделка стальной балки в железобетонные или каменные стены стесняет температурные деформации вдоль ее длины.
Помимо коробления стальных конструкций от пожара возникают повреждения конструкций от их линейного удлинения (коэффициент линейного удлинения стали равен (1,2... 1.4) * (10^5).
При возрастании температуры на каждые 100 °C один метр длины стальной балки удлиняется в среднем на 1,3 мм. Если сечение балки значительное, то примыкающие конструкции - кирпичные стены, колонны будут деформированы или разрушены. Из-за разрушения опор балки падают, что может вызвать разрушение сооружения.
Если колонна защемлена, то она искривляется, происходит повреждение болтовых и сварных соединений в местах стыков.
Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию несущей способности се элементов и узловых соединений этих элементов. Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки конструкции. Сжатые элементы верхнего пояса и решетки могут потерять свою несущую способность в результате потери устойчивости в плоскости и из плоскости фермы. Повреждение при пожаре ограждающего покрытия или связей между фермами приводит к потере устойчивости сжатых элементов верхнего пояса из плоскости фермы на нераскрепленном участке.
При расчете фермы соединения се элементов между собой рассматриваются как шарнирные, поэтому ферма считается статически определимой конструкцией. Потеря несущей способности хотя бы одним элементом приводит к отказу при пожаре всей конструкции.
Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности стержнем конструкции; прочности или устойчивости элементами соединительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям колонны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами соединительной решетки в колоннах сквозных сечений; местной устойчивости стенки и свесов сжатых полок колонны составного двутаврового сечения; общей устойчивости колонны.
Внецентренное сжатие, по сравнению с центральным, является более невыгодным видом загружения, которое отрицательно сказывается на огнестойкости конструкции. Необходимо отметить, что в ряде случаев колонна, работающая как центрально сжатая, в условиях пожара может быть подвергнута воздействию внецентренно приложенной силы сжатия. Это возможно при локальном воздействии температуры пожара на конструкции покрытия или перекрытия, опирающиеся на колонны среднего ряда. Обрушение конструкций покрытия или перекрытия с одной стороны от такой колонны приводят в дальнейшем к ее работе как внецентренно сжатой конструкции.
Колонны являются элементами плоских рам или пространственного каркаса, шарнирно или жёстко соединённые с опирающимися на них конструкциями. В случае жесткого соединения колонны с ригелем ее работа зависит от поведения конструкции ригеля при пожаре. Введу наличия в здании системы внутренних помещений очаг пожара в начальной его стадии оказывается локализованным и поэтому воздействует на ограниченное число несущих конструкций. Это может привести к стеснению температурных деформаций колонны. которая в результате отсутствия свободы перемещения вдоль се длины получает дополнительное нагружение.
Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы работы конструкции, а также конструкции сечения их элементов. Работа в условиях высоких температур сплошных составных сечений аналогична работе таких же сечений стальных балок и колонн, а сквозных сечений - работе ферм и сквозных колонн. В случае использования открытой затяжки, воспринимающей распор конструкции, отказ арок или рам при пожаре может наступать из-за потери несущей способности этим элементом. Разрушение арок и рам может наступить и из-за потери несущей способности опорных и конькового узлов, а потеря устойчивости элементов из плоскости конструкции - из-за обрушения связей.
Элементы структурных конструкций, работающие на растяжение или сжатие, имеют небольшие сечения и поэтому быстро нагреваются в условиях пожара. Однако эти конструкции, в силу многократной статической неопределимости. менее чувствительны к повреждениям, т е. выход из строя одного или нескольких элементов не приводит к обрушению всей структуры.
Мембраны относятся к конструкциям, у которых при нагреве происходит уменьшение усилий. Это вызывается увеличением прогиба конструкции до 1/10 - 1/15 ее пролета в результате температурного расширения и температурной деформации ползучести стали. Поэтому огнестойкость стальной мембраны составляет 0,75 - 1,0 ч. Наиболее уязвимым элементом мембранного покрытия является его опорный контур, Прогиб мембраны, образовавшийся во время нагрева, является в большей своей части необратимым, т.е. после охлаждения конструкции он практически не исчезает. Поведение в условиях пожара мембраны, выполненной из алюминиевых сплавов, значительно хуже, чем стальной. Например, мембрана толщиной 1 мм из алюминиевого сплава АМг2П без огнезащиты обрушилась через 6 мин после начала огневых испытаний.
Источник: Бедов А. И. и др. Оценка технического состояния оснований и строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.