5.2. Расчет несущей способности бетонных и железобетонных конструкций при воздействии стандартного пожара

Справочные данные, необходимые для расчета несущей способности бетонных и железобетонных конструкций в рассматриваемых условиях, приведены в разд. 5.1.

При расчете несущей способности бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать изменение механических свойств бетона и арматуры в зависимости от их температуры прогрева в результате воздействия пожара, определенной расчетом (см. разд. 5.1), а также возможное изменение расчетной схемы предельного равновесия вследствие температурных деформаций самой конструкции.

Расчетные сопротивления сжатию и растяжению бетона и и арматуры и для расчета огнестойкости определяются делением нормативных сопротивлений, приведенных в СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции», на соответствующие коэффициенты надежности – по бетону , по арматуре .

При расчете несущей способности элементов в условиях пожара расчетные сопротивления бетона и арматуры для расчета огнестойкости умножаются соответственно на коэффициенты условий работы при пожаре бетона и арматуры . Значения коэффициентов и в зависимости от температуры прогрева материала определяются из табл. 5.6, 5.7, 5.8.

Таблица 5.6

Значения коэффициента условий работы при пожаре различных бетонов

в зависимости от температуры бетона

Бетон	Средняя плотность бетона, ρ, кг/м3	Коэффициент условий работы бетона, , при температуре бетона, 0С
		20	100	200	300	400	500	600	700	800
Тяжелый бетон с крупным заполнителем из силикатных пород	2350	1,0	0,85	0,95	0,85	0,70	0,55	0,35	0,20	0,05
То же, из карбонатных пород	2350	1,0	0,90	1,0	0,90	0,75	0,60	0,40	0,25	0,06

Окончание табл. 5.6

Бетон	Средняя плотность бетона, ρ, кг/м3	Коэффициент условий работы бетона, , при температуре бетона, 0С
		20	100	200	300	400	500	600	700	800
Легкий бетон с крупным заполнителем из керамзита	1600	1,0	0,95	1,0	0,90	0,75	0,65	0,65	0,55	0,40
Керамзитоперлитобетон	1200	1,0	0,92	0,83	0,74	0,65	0,55	0,47	0,37	0,28

Таблица 5.7

Значение коэффициента условий работы при пожаре стержневой арматуры

различных классов в зависимости от температуры арматуры

Класс стержневой арматуры	Коэффициент условий работы стержневой арматуры, , при температуре арматуры, 0С
		400	450	500	550	600	650	700	750	800
A-I	1,0	1,0	0,80	0,65	0,50	0,35	0,23	0,15	0,05	0
A-II	1,0	1,0	0,90	0,70	0,50	0,35	0,23	0,15	0,05	0
A-IIв	1,0	1,0	0,80	0,60	0,40	0,25	0,10	0,05	0,03	0
A-III	1,0	1,0	0,95	0,75	0,60	0,45	0,30	0,15	0,10	0,05
A-IIIв	1,0	1,0	0,90	0,65	0,45	0,35	0,20	0,10	0,05	0
A-IV	1,0	0,95	0,80	0,65	0,50	0,35	0,20	0,10	0,05	0
A-V	1,0	0,95	0,80	0,60	0,40	0,25	0,10	0,05	0,03	0
Aт-IV	1,0	0,9	0,70	0,50	0,30	0,20	0,10	0,05	0,03	0
Aт-V
Aт-VI	1,0	0,8	0,55	0,40	0,30	0,20	0,10	0,05	0,03	0
Aт-VII

Таблица 5.8

Значения коэффициента условий работы при пожаре, , арматуры

различных классов в зависимости от температуры арматуры

Класс арматуры	Коэффициент условий работы арматуры, , при температуре арматуры, 0С
		200	250	300	350	400	450	500	550	600	650
B-I, Bp-I	1,0	1,0	1,0	0,95	0,85	0,65	0,50	0,30	0,15	0,05	0
B-II, Bp-II, K-7	1,0	0,95	0,85	0,75	0,65	0,53	0,40	0,30	0,20	0,10	0,05
А-УI	1,0	0,95	0,90	0,85	0,75	0,70	0,60	0,45	0,30	0,20	0,05

Изменение модулей упругости бетона и арматуры при пожаре учитывается путем их умножения соответственно на коэффициенты и в зависимости от температуры прогрева материала (табл. 5.9, 5.10).

Таблица 5.9

Значение модуля упругости различных бетонов

в зависимости от температуры бетона

Бетон	Коэффициент снижения модуля упругости бетона, , при температуре бетона, 0С
	50	100	200	300	400	500	600	700	800
Тяжелый	1,0	0,80	0,60	0,40	0,35	0,30	0,25	0,15	0,10
Легкий	1,0	1,0	0,90	0,75	0,62	0,50	0,41	0,32	0,27

Таблица 5.10

Значение модуля упругости арматуры в зависимости

от температуры нагрева

Арматура	Коэффициент снижения модуля упругости арматуры, , при температуре, 0С
	100	200	300	400	500	600	700	800
Горячекатаная стержневая, проволочная	0,96	0,90	0,88	0,83	0,78	0,73	0,63	0,50
Термически и термомеханически упрочненная	1,0	0,96	0,92	0,85	0,71	0,40	-	-

Допускается принимать для коэффициента условий работы при пожаре бетона упрощенную аппроксимацию:

при , (5.33)

при .

Это соответствует допущению о том, что бетон, прогретый до температуры, не превышающей критическую, не снижает своей прочности, а при нагреве до температуры выше критической полностью выключается из работы.

Предварительное напряжение арматуры в железобетонных конструкциях полностью теряется при ее прогреве до .

Значения критических температур прогрева бетонов при пожаре приведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11

Значения критической температуры нагрева при пожаре сжатых бетонов

Бетон	Критическая температура нагрева сжатого бетона, 0С
Тяжелый бетон с крупным заполнителем из силикатных пород	500
То же, с крупным заполнителем из карбонатных пород	600

Для изгибаемых свободно опирающихся железобетонных плит, при воздействии пожара снизу, потеря несущей способности конструкции происходит в основном за счет уменьшения сопротивления растянутой арматуры при ее прогреве. При расчете можно пренебречь прогревом сжатой зоны бетона и сжатой арматуры.

Для сплошной, свободно опирающейся по двум противоположным сторонам плиты высоту сжатой зоны бетона при разрушении по нормальному сечению от момента М определяют по формуле

. (5.34)

Значение коэффициента условий работы при пожаре арматуры при выполнении условия х > 2а определяется по формуле

. (5.35)

Если условие х > 2а' не выполняется, расчет ведется без учета сжатой арматуры плиты.

При отсутствии сжатой арматуры в плите значение коэффициента условий работы при пожаре арматуры определяется по формуле

. (5.36)

В зависимости от класса арматуры по табл. 5.7 и 5.8 определяют значение критической температуры нагрева этих арматур при пожаре как функции коэффициента .

По критической температуре прогрева арматуры при пожаре, для данного типа конструкций, можно определить предел огнестойкости конструкции по признаку R – потере несущей способности, используя результаты расчета температуры прогрева арматуры при пожаре (см. разд. 5.1). Также можно использовать справочную информацию о прогреве сплошных бетонных плит (см. рис.5.1), учитывая толщину защитного слоя бетона, обеспечивающего требуемый предел огнестойкости конструкции.

Предел огнестойкости многопустотных свободно опирающихся плит перекрытий и покрытий по признаку R – потере несущей способности, можно принимать как для аналогичных сплошных плит с коэффициентом 0,9.

Несущая способность центрально сжатых железобетонных колонн, подвергаемых воздействию пожара с четырех сторон, вычисляется по формуле

. (5.37)

Коэффициент продольного изгиба центрально сжатых колонн квадратного сечения находят по табл. 5.12 в зависимости от расчетной длины колонны и от размера стороны рабочего (не поврежденного пожаром) сечения . Расчетную длину принимают: при шарнирном закреплении обоих концов ; при полном защемлении обоих концов ; при полном защемлении одного конца и шарнирно подвижном закреплении другого .

Таблица 5.12

Значение коэффициента продольного изгиба для сжатых железобетонных элементов, подвергаемых воздействию пожара

Вид бетона	Коэффициент продольного изгиба, , при
	≤8	10	12	14	16	18	20	22	26	30
Тяжелый	1,0	0,98	0,96	0,93	0,89	0,85	0,81	0,77	0,68	0,59
Легкий	1,0	0,96	0,90	0,84	0,78	0,73	0,67	0,61	0,51	0,41

Решение прочностной задачи огнестойкости в общем случае сводится к определению момента времени воздействия пожара τ, при котором будет выполняться условие

, (5.38)

где – несущая способность конструкции на момент времени воздействия пожара; – соответственно максимальный изгибающий момент, продольное усилие от нормативных нагрузок.