Онлайн переводчик http://translate.meta.ua
поменять
По-русски

внецен- тренно приложенной силы сжатия. Это возможно при локальном воздействии тем¬пературы пожара на конструкции покрытая или перекрытия, опирающиеся на колон¬ны среднего ряда. Обрушение конструкций покрытая или перекрытая с одной стороны от такой колонны приводит в дальнейшем к ее работе как внецентренно-сжатой кон¬струкции. Колонны являются элементами плоских рам или пространственного карка¬са, шарнирно или жестко соединенных с опирающимися на них конструкциями.

В случае жестких соединений колонны с ригелем ее работа зависит от поведения конст¬рукции ригеля при пожаре. Ввиду наличия в здании системы внутренних помеще¬ний очаг пожара в начальной его стадии оказывается локализованным и поэтому воздействует на ограниченное число несущих элементов конструкций. Это может привести к стеснению температурных деформаций колонны, которая в результате отсутствия свободы перемещения вдоль ее длины получает дополнительное нагружение [1,3].

Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы рабо¬ты конструкции, а также конструкции сечения их элементов. Работа в условиях вы¬соких температур сплошных составных сечений аналогична работе таких же сече¬ний стальных балок и колонн, а сквозных сечений - работе ферм и сквозных ко¬лонн. В случае использования открытой затяжки, воспринимающей распор конст¬рукции, отказ арок или рам при пожаре может наступать из-за потери несущей спо¬собности этим элементом.

Разрушение арок и рам может наступить и из-за поте¬ри несущей способности опорных и конькового узлов, а потеря устойчивости элемен¬тов поясов из плоскости конструкции - из-за обрушения связей.

Отказ листовых конструкций, используемых при строительстве цилиндриче¬ских резервуаров для хранения нефтепродуктов, в 80% происходит из-за разруше¬ния вертикальных сварных швов, воспринимающих кольцевые усилия растяжения.

Элементы структурных конструкций, работающие на растяжение и сжатие, имеют небольшие сечения и поэтому быстро нагреваются в условиях пожара. Одна¬ко эти конструкции, в силу многократной статической неопределимости, менее чув¬ствительны 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 де¬формации 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 [12].

Подчеркивая вышесказанное, нужно отметить, что для создания конструкций с высокой огнестойкостью следует не только повышать огнестойкость металла, но и со¬вершенствовать конструктивные решения, огнезащитные покрытия и т.п.

На основании имеющегося опыта фактические пределы огнестойкости стальных конструкций могут быть увеличены, если будут учтены следующие мероприятия [3,10]:

- Заделка конструкций на опорах для создания арочного эффекта, связан¬ного с появлением дополнительных горизонтальных сил, повышающих проч¬ность и уменьшающих деформативность конструкции при пожаре.

- Установка конструкций в зоне наиболее низких температур при пожаре в здании, например, оставить конструкции незащищенными снаружи здания, а изнутри покрыть их огнезащитным или теплоизоляционным покрытием.

- Возможность охлаждения стальных конструкций при пожаре, например водой.

- Учет реальных условий пожара при расчете огнестойкости стальных кон¬струкций.

- Разработка и применение в конструкциях сталей повышенной огнестой¬кости.

Последствия воздействия пожара на стальные строительные конструкции можно охарактеризовать следующим образом.

Металл отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогре¬ваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих тем¬ператур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные де¬формации. Это приводит к быстрому выходу из строя элементов металлических конструкций (в пределах всего 0,12-0,25 часа), потере ограждающей и тепло¬изолирующей способностей ограждений [1,3].

Анализ литературы показывает, что одной из важных задач в обеспечении строительства в современных условиях является разработка и освоение произ¬водства стального проката, имеющего высокие характеристики огнестойкости.

1.2 Методы расчета на огнестойкость

Основные принципы расчета строительных конструкций на огнестойкость за¬ложены в работах Яковлева А.И., Милованова А.Ф., Мурашева В.И., Жукова В.В., Зигерн-Корна В.М., Вельского Г.Е., Насонкина В.Д., Pettersson О. и др. [13 - 17].

Теоретическое определение пределов огнестойкости состоит в общем случае из решения статической и теплотехнической задач. Статическим расчетом опре¬деляется значение критической температуры элементов металлической конст¬рукции. Теплотехническим расчетом определяется температура элементов кон¬струкции в любой момент времени после начала теплового воздействия. В этой части расчета используется заранее установленная зависимость механических свойств материала (стали) от его (её) температуры.

Обычно решение статической задачи не вызывает особых затруднений. В то же время, как отмечают многие исследователи [18-21], решение теплотехниче¬ской задачи весьма сложно. Это объясняется необходимостью решения диффе¬ренциальных уравнений в частных производных с внутренней и внешней нели¬нейностью.

Прогрев строительных конструкций под воздействием высокой температуры пожара имеет ряд особенностей, осложняющих применение известных расчетных методов и формул. Так, температура реальных и стандартного пожаров изменяется по сложной зависимости: коэффициент теплоотдачи изменяется нелинейно, а теп- лофизические характеристики большинства строительных материалов значительно изменяются с ростом температуры.

Изменение температуры в твердых телах рассчитывают путем решения диффе¬ренциального уравнения теплопроводности Фурье. Поскольку у строительных кон¬струкций, как правило, один размер значительно больше или меньше двух других, то решение уравнения Фурье с целью расчета огнестойкости конструкций доста¬точно производить для одномерных и двумерных температурных полей.

Для стержневых конструкций можно принять, что температура в конструкции изменяется только по поперечному сечению. Температурное поле таких конструк¬ций является двумерным и выражается уравнением Фурье вида

Г, % \ д Г, ы~

А,— — А,—

'дх ду

Воздействие «стандартного пожара» на конструкцию задается граничным усло¬вием 3-го рода, которое характеризуется: изменением температуры во времени г, коэффициентом теплопередачи а. Начальные условия задаются начальной темпе¬ратурой конструкции до пожара и температурой окружающей среды.

В монографиях [22,23] содержится довольно подробный обзор методов и прие¬мов расчета различных процессов теплообмена.

В работах [24 - 27] рассматриваются

По-украински

внецен- тренно прикладеної сили стискування. Це можливо при локальній дії тим¬пературы пожежі на конструкції покрита або перекриття, що спираються на колон¬ны середнього ряду. Обвалення конструкцій покрита або перекрита з одного боку від такої колони призводить надалі до її роботи як внецентренно-сжатой кін¬струкции. Колони є елементами плоских рам або просторового карка¬са, шарнірно або жорстко сполучених з конструкціями, що спираються на них.

У разі жорстких з'єднань колони з ригелем її робота залежить від поведінки конст¬рукции ригеля при пожежі. Зважаючи на наявність у будівлі системи внутрішніх помеще¬ний вогнище пожежі в початковій його стадії опиняється злокалізованим і тому впливає на обмежене число елементів конструкцій, що несуть. Це може привести до ніяковості температурних деформацій колони, яка в результаті відсутності свободи переміщення уздовж її довжини отримує додаткове вантаження [1,3].

Поведінка в умовах пожежі арок і рам залежить від статичної схеми рабо¬ти конструкції, а також конструкції перерізу їх елементів. Робота в умовах ви¬соких температур суцільних складених перерізів аналогічна роботі таких же січі¬ний сталевих балок і колон, а наскрізних перерізів - роботі ферм і наскрізних до¬лонн. У разі використання відкритого затягування, що сприймає розпір конст¬рукции, відмова арок або рам при пожежі може наставати із-за втрати що несе спо¬собности цим елементом.

Руйнування арок і рам може настати і із-за поті¬ри здатності, що несе, опорных і конькового вузлів, а втрата стійкості элемен¬тов поясів з площини конструкції - із-за обвалення зв'язків.

Відмова листових конструкцій, використовуваних при будівництві цилиндриче¬ских резервуарів для зберігання нафтопродуктів, в 80роисходит із-за разруше¬ния вертикальних зварних швів, що сприймають кільцеві зусилля розтягування.

Елементи структурних конструкцій, працюючі на розтягування і стискування, мають невеликі перерізи і тому швидко нагріваються в умовах пожежі. Одна¬до ці конструкції, в силу багатократної статичної невизначності, менш чув¬ствительны до ушкоджень, тобто вихід з ладу одного або декількох елементів не призводить до обвалення усієї структури.

Мембрани відносяться до конструкцій, у яких при нагріві відбувається зменшення зусиль. Це викликається збільшенням прогину конструкції до 1/10¬1/15 її прольоту в результаті температурного розширення і температурною де¬формації стали, тому вогнестійкість сталевої мембрани складає 0,75¬1,0 ч. Найуразливішим елементом мембранного покриття є його опорний контур. Прогин мембрани, що утворився під час нагріву, є у більшій своїй частині безповоротним [12].

Підкреслюючи вищесказане, треба відмітити, що для створення конструкцій з високою вогнестійкістю слід не лише підвищувати вогнестійкість металу, але і з¬вершенствовать конструктивні рішення, вогнезахисні покриття і тому подібне

На підставі досвіду, що мається, фактичні межі вогнестійкості сталевих конструкцій можуть бути збільшені, якщо будуть враховані наступні заходи [3,10]:

- Закладення конструкцій на опорах для створення арочного ефекту, пов'язаний¬ного з появою додаткових горизонтальних сил, що підвищують проч¬ность і що зменшують деформативность конструкції при пожежі.

- Установка конструкцій в зоні найбільш низьких температур при пожежі у будівлі, наприклад, залишити конструкції незахищеними зовні будівлі, а зсередини покрити їх вогнезахисним або теплоізоляційним покриттям.

- Можливість охолодження сталевих конструкцій при пожежі, наприклад водою.

- Облік реальних умов пожежі при розрахунку вогнестійкості сталевих кін¬струкций.

- Розробка і застосування в конструкціях сталей підвищеною огнестой¬кістки.

Наслідки дії пожежі на сталеві будівельні конструкції можна охарактеризувати таким чином.

Метал відрізняється високою теплопровідністю. Це призводить до того, що в умовах пожежі незахищені металеві конструкції швидко прогре¬ваются до температур, що перевищують 400-500°С. Під впливом цих тим¬ператур і нормативного навантаження інтенсивно розвиваються температурні де¬формації. Це призводить до швидкого виходу з ладу елементів металевих конструкцій(в межах всього 0,12-0,25 години), втраті що захищає і тепло¬ізолює здібностей обгороджувань [1,3].

Аналіз літератури показує, що одним з важливих завдань в забезпеченні будівництва в сучасних умовах є розробка і освоєння произ¬водства сталевого прокату, що має високі характеристики вогнестійкості.

1.2 Методи розрахунку на вогнестійкість

Основні принципи розрахунку будівельних конструкцій на вогнестійкість за¬ложены в роботах Яковлєва А.И., Милованова А.Ф., Мурашева В.И., Жукова В.В., Зигерн-Корна В.М., Вельского Г.Е., Насонкина В.Д., Pettersson О. та ін. [13 - 17].

Теоретичне визначення меж вогнестійкості полягає в загальному випадку з рішення статичної і теплотехнічної завдань. Статичним розрахунком опре¬деляется значення критичної температури елементів металевої конст¬рукции. Теплотехнічним розрахунком визначається температура елементів кін¬струкции у будь-який момент часу після початку теплової дії. У цій частині розрахунку використовується заздалегідь встановлена залежність механічних властивостей матеріалу(стали) від його(її) температури.

Звичайне рішення статичної задачі не викликає особливих утруднень. В той же час, як відмічають багато дослідників [18-21], рішення теплотехниче¬ской завдання дуже складно. Це пояснюється необхідністю рішення диффе¬ренциальных рівнянь в приватних похідних з внутрішньою і зовнішньою нели¬нейностью.

Прогрівання будівельних конструкцій під впливом високої температури пожежі має ряд особливостей, що ускладнюють застосування відомих розрахункових методів і формул. Так, температура реальних і стандартного пожеж змінюється по складній залежності: коефіцієнт тепловіддачі змінюється нелінійно, а теп- лофизические характеристики більшості будівельних матеріалів значно змінюються із зростанням температури.

Зміну температури в твердих тілах розраховують шляхом рішення диффе¬ренциального рівняння теплопровідності Фур'є. Оскільки у будівельних кін¬струкций, як правило, один розмір значно більше або менше двох інших, те рішення рівняння Фур'є з метою розрахунку вогнестійкості конструкцій доста¬точно робити для одновимірних і двовимірних температурних полів.

Для стержневих конструкцій можна прийняти, що температура в конструкції змінюється тільки по поперечному перерізу. Температурне поле таких конструк¬ций є двовимірним і виражається рівнянням Фур'є виду

Г ##$;#92; д Г, ы~

А, - - А, -

'дх ду

Дія "стандартної пожежі" на конструкцію задається граничним усло¬вием 3-го роду, яке характеризується: зміною температури в часі г, коефіцієнтом теплопередачі а. Початкові умови задаються початковій темпі¬ратурой конструкції до пожежі і температурою довкілля.

У монографіях [22,23] міститься досить детальний огляд методів і прие¬мов розрахунку різних процесів теплообміну.

У роботах [24 - 27] розглядаються