2. Пример выполнения теплотехнической части расчёта предела огнестойкости железобетонной колонны

Исходные данные для теплотехнической части расчёта:

• ширина сечения колонны

• толщина сечения колонны

• толщина защитного слоя бетона = 0,032 м;

• количество стержней и диаметр арматуры 20 мм;

• вид бетона – тяжелый плотностью ρ = 2350 кг/м³ с крупным заполнителем из силикатных пород (гранит).

Решение:

1. Приводится расчетная схема колонны (рис. 1).

Рис. 1. Расчетная схема определения предела огнестойкости

железобетонной колонны, подвергаемой четырехстороннему воздействию пожара:

1, 2, 3, 4 – Номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны

Рассматривается один из четырех арматурных стержней, расположенный между обогреваемыми поверхностями «1» и «3» (рис. 1).

2) Определяется температура арматуры в первый расчетный момент времени воздействия «стандартного» пожара.

2.1) Определяется толщина начавшего прогреваться слоя бетона по формуле:

(1)

где – приведенный коэффициент температуропроводности бетона колонны, м²/ч, определяется по табл. П3.4 в зависимости от вида бетона и вида крупного заполнителя:

;

– первый расчетный момент времени, ч.

2.2) Определяется температура арматуры колонны. Рассматривается один из четырех арматурных стержней, расположенный между обогреваемыми поверхностями «1» и «3».

Температура арматуры t_s для четырёхстороннего обогрева определяется по формуле:

(2)

где , , , – относительные расстояния от обогреваемых поверхностей 1, 2, 3, 4 до края арматурного стержня. В силу симметричности сечения колонны и воздействия пожара на нее, принимается:

и

Тогда формула (2) примет следующий вид:

(3)

Относительные расстояния , определяются по формуле:

(4)

где  параметр, зависящий от расстояния от обогреваемой поверхности до ближайшего к ней края арматуры, а также от характеристик бетона, м, определяется по формулам:

	(5)
	(6)

где – толщина защитного слоя бетона, м;

и – коэффициенты, зависящие от плотности бетона, определяемые по табл. П3.5:

– диаметр арматуры, м;

– толщина сечения колонны, м;

– расстояние от обогреваемых поверхностей 2 и 4 до ближайшего к ним края арматурного стержня, расположенного между поверхностями 1 и 3.

Если , то относительное расстояние принимается равным 1, то есть обогреваемые поверхности 2 и 4 не оказывают влияния на температуру арматуры.

Параметры

Относительные расстояния

, так как

Температура арматуры :

3) Определяется толщина слоя бетона, прогретого до критической температуры у середины поверхности «3» колонны в первый расчетный момент времени воздействия «стандартного» пожара по формуле:

(7)

где – параметр, который вычисляется по формуле:

(8)

где – критическая температура бетона, при превышении которой он теряет прочность, принимается:

• 500 °С – для тяжёлого бетона с крупным заполнителем из силикатных пород;

• 600 °С – для тяжёлого бетона с крупным заполнителем из карбонатных пород;

– параметр, определяемый по формуле:

(9)

где – относительное расстояние, определяемое для середины обогреваемой поверхности по формуле:

(10)

где – расстояние между параллельными обогреваемыми поверхностями, м;

– толщина начавшего прогреваться слоя бетона, м.

Если > 1, то принимается = 1 и, соответственно, = 1.

Относительное расстояние

Так как , то принимается = 1 и, соответственно, = 1.

Параметр

Толщина бетона, прогретого до критической температуры у середины поверхности:

4) Определяется толщина слоя бетона, прогретого до критической температуры в углу сечения колонны в первый расчетный момент времени воздействия «стандартного» пожара по формуле:

(11)

где – относительное расстояние внутри угла колонны, образованного обогреваемыми поверхностями, вычисляется по формуле:

(12)

Относительное расстояние внутри угла

Толщина слоя бетона, прогретого до критической температуры в углу сечения колонны :