КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Розрахунок вогнестійкості залізобетонного перекриття

ВИХІДНІ ДАНІ
Район будівництва: м. Рівне
Ступінь вогнестійкості будинку: ІІ;
Висота поверху: Н=3.3м;
Прольоти будинку: l = 9 м.
Крок колони: l1= 8.5 м;
Довжина будинку: L = 170 м;
Кількість поверхів: nп= 3;
Розрахункове постійне навантаження на перекриття: g0 = 3,6 кН/м2;
Розрахункове тимчасове навантаження на перекриття: v0= 5.7 кН/м2;
Кількість прольотів будинку: три
Параметри бетону конструктивних елементів, що розраховуються за вогнестійкістю:
вид бетону, щільність бетону, вологість бетону та інші дані, яких не вистачає, приймаємо самостійно з використанням підручників, конспекту лекцій, методичних вказівок, нормативно-довідкової літератури, з врахуванням консультацій викладача.
ПРОЕКТУВАННЯ ЗБІРНОГО ЗАЛІЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРИТТЯ

Для даного регіону будівництва (м. Рівне) вибираємо товщину стін 510 мм. Будуємо поверховий план будинку і наносимо на ньому усі задані параментри (проліт, крок, тощо).
Компонування збірного залізобетонного перекриття
Збірне залізобетонне перекриття будівлі складається з панелей і ригелів, які опираються на несучі зовнішні стіни і колони .
Ригель є нерозрізною балкою при вільному опиранні кінців на зовнішні несучі стіни і жорстким з’єднанням на проміжковій опорі (колоні). Переріз ригелів приймають прямокутним або тавровим з полицею вверху або внизу.
Попередньо розміри перерізу ригеля, з умови достатньої згинальної жорсткості, приймають наступними: висоту h=(1/10(1/15)l, ширину b=(0,3(0,4)h, де l – проліт ригеля, рівний відстані в осях між колонами.
В нашому випадку, оскільки будівля промислова, приймемо поперечний напрямок розташування ригелів.
Вибираємо довільний тип ригеля.
В залежності від призначення панелі проектують плоскими або ребристими. Плоскі панелі можуть бути з овальними або круглими пустотами, а також, суцільні.
Номінальну ширину і довжину панелей приймають в залежності від прийнятої сітки будівлі з врахуванням заводської технології їх виготовлення. В промислових будівлях номінальна ширина панелей, як правило, складає 1500 і 3000 мм, деколи 2000 мм. Добірні елементи мають ширину 1000, 750 і 500 мм. Проліт плит відповідає прольотам будівлі.
В нашому прикладі приймаємо збірні залізобетонні ригелі найпростішого типу – прямокутного профілю, нерозрізні з жорсткими вузлами з’єднань з колонами.

Розмір поперечного перерізу ригеля перекриття задаємо орієнтовно.
Висоту перерізу –з умови достатньо згинальної жорсткості:
(1)
і приймаємо кратною 0,1 м, тобто в нашому прикладі: h=0,9 м, а шізу: (2)
і приймаємо кратною 0,05 м, в нашому прикладі: b=0,4 м.
Конструктивна ширина і довжина панелей менше номінальної на 10-30 мм для отримання зазорів, які необхідні для наступного замонолічування перекриття. При опиранні збірних панелей на зовнішні несучі стіни з цегли, великих блоків або легкобетонних панелей їх конструктивну довжину приймають менше номінальної на 100-140 мм.
В нашому прикладі розглянемо багатопустотну залізобетонну плиту з круглими пустотами.
Номінальна довжина збірної залізобетонної плити при опиранні на верхню грань ригеля та цегляну стіну при розташуванні ригелів поперек будинку дорівнює кроку ригелів: l1=8,5 м
Номінальну ширину плити в курсовому проекті рекомендується визначати з урахуванням розташування по ширині прольоту цілої кількості плит одного типорозміру. Приймемо номінальну ширину плити 1500 мм.
Висоту перерізу плити визначає з умови достатньої згинальної жорсткості:
(3)
Товщину збірних залізобетонних плит рекомендується приймати з урахуванням технології їх виготовлення: для багатопустотних залізобетонних плит з круглими пустотами – h=0,22 м. В нашому прикладі приймаємо для багатопустотних плит : h1= 0,22 м.
Компонування збірного залізобетонного перекриття починаємо з нанесення на ескіз сітки поздовжніх і поперечних осей за заданими величинами прольотів та кроку колон. Зображуємо частину плану перекриття у вигляді фрагменту довжиною 2-4 кроки колон.
По периметру розташовані осі стіни, а по середніх поздовжніх осях – два ряди колон з позначенням їх умовної марки К1.
Ригелі перекриття розташовані поперек будинку і позначені умовною маркою Р1.
Плити перекриття розташовуються поперек ригелів з таким чином, щоб по осях поздовжніх рядів колон розмістились спеціальні в’язеві плити шириною 1000 мм, позначені умовною маркою П2, біля поздовжніх стін – добірні пристінні плити марки П3 шириною 500 мм, а на проміжних ділянках – рядові плити марки П1 шириною 1500 мм (див. графічна частина проекту).
Вибір класів бетону і арматури
Клас бетону і вигляд бетону обираємо самостійно, а розрахунковий опір бетону і арматури виписуємо з Додатку 1 табл. 10, 11 посібника для виконання.
В нашому прикладі приймаємо:
бетон класу В40 на гранітному щебені, з призмовою міцністю (при врахуванні коефіцієнта умов роботи бетону)?b2 = 0,9,>Rb =0,9 · 22 = 19,8 МПа.
арматуру класу А-ІІ, з розрахунковим опором на розтяг:Rs =280 МПа (табл. 11 Додатку 1).
Визначення навантажень та зусиль
Нормативне навантаження на 1 м2 плити в курсовому проекті визначається приблизно:
постійне: (4)
тимчасове: (5)
На 1 м довжини збірної залізобетонної багатопустотної плити шириною 1,5 м діють наступні розрахункові навантаження:
постійне: g= 3,6* 1,5=5,4 кН/м
тимчасове: v= 3,3* 1,5=4,95кН/м
В період пожежі постійне навантаження на перекриття, як правило, зберігається незмінним, а тимчасове зменшується до невизначеної величини за рахунок евакуації людей, винесенням частини меблів тощо.
В курсовому проекті тимчасове навантаження на 1 м перекриття, при розрахунку на стадії впливу температури пожежі, рекомендується приймати:
(6)
В нашому випадку тимчасове навантаження на 1 м довжини залізобетонної збірної багатопустотної плити шириною 1,5 м при пожежі складає:
кН/м
Позначки і величини погонних постійних та тимчасових навантажень наносимо на рисунок та враховуємо при розрахунку, відповідно, за несучою здатністю та вогнестійкістю.

При опиранні панелі однією стороною на ригель, а іншою на стіну, розрахунковий прольот плити приймають рівним довжині збірної панелі за мінусом половини величини опирання з кожного боку:
(7)
де ln - номінальна довжина плити, с1 - глибина обпирання плити на ригель, с2 - глибина обпирання плити на несучу стіну.
В нашому прикладі розрахунковий проліт багатопустотної плити складає: .
Позначення і величину розрахункового прольоту наносимо на розрахункову схему плити.
У поперечному перерізі багатопустотної плити, як і в звичайній балці, під дією навантажень виникають два види внутрішніх зусиль: згинальний момент та поперечна сила.
Максимальний згинальний момент від повного розрахункового навантаження виникає посередині прольоту плити і обчислюється за формулою:
(8)
Максимальна поперечна сила на опорі від розрахункового навантаження:
(9)
Отриману величину моменту і поперечної сили наносимо на епюри зусиль при розрахунку за несучою здатністю

Розрахунок за міцністю нормальних перерізів
Панель розраховуємо як балку прямокутного перерізу з заданими розмірами (де – номінальна ширина, – висота панелі). Проектуємо панель восьмипустотною (радіус пустоти 159 мм, середня товщина стінки між пустотами 25 мм). В розрахунку поперечний переріз багатопустотної панелі приводимо до еквівалентного двотаврового перерізу. Замінюємо площу круглих пустот прямокутниками тієї ж площі і того ж моменту інерції: ;

Розрахункова ширина стиснутої полиці:
.
Приведена товщина ребра: , де n – кількість пустот.
Попередньо перевіряємо висоту перерізу збірної залізобетонної багатопустотної панелі перекриття з умови забезпечення необхідної жорсткості за формулою:
,
(3.10), де – коефіцієнт, рівний 18-20 для пустотних панелей (більше значення приймають при армуванні стержнями із сталі класу А-ІІ, менше – із сталі класу А-ІІІ), – коефіцієнт збільшення прогинів при тривалій дії навантаження (для багатопустотних панелей ), – тривалодіюче нормативне навантаження на 1 м2 перекриття, – короткочасне нормативне навантаження на 1 м2 перекриття, – сумарне нормативне навантаження. Вважаємо, що висота січення є достатньою згідно норм сортаменту.
Відношення (11)
В розрахунок вводимо всю ширину полиці .
Для розрахунку елементів прямокутного перерізу з одиночною арматурою користуються таблицею15 (Додаток 1) і наступними рівностями:
, (12)
. (13)
,де .
За таблицею 15 Додатку 1 знаходимо , . Висота стиснутої зони – нейтральна вісь проходить в межах стиснутої полички. Площа перерізу поздовжньої арматури:
; приймаємо 6(20А-ІІ (табл. 16 Додатку 1), , стержні діаметром 20 мм розподіляємо по два в крайніх ребрах і два в одному середньому ребрі .
Визначення межі вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити.
Блок вихідних даних :
b = 1,5 м; ho = 0,22 м; lo=8,35 м; gno =3,27 кН/м; vot = 1,14 кН\м;Rb = 22 МПа, Rs = 280 МПа (А-IІ), Аs = 18,85см2, ?b = 2350 кг/м3, Wb = 1,7%; to =20 0С; ?un = 45 хв.
Знаходимо згинальний момент від нормативного постійного навантаження і частки тимчасового навантаження, що залишається в стадії пожежі:

Коефіцієнт стисненої зони бетону при пожежі:

Відносна висота стисненої зони бетону при пожежі:

Знаходимо граничну висоту стисненої зони бетону:
,
де (для важкого і дрібнозернистого бетону ( , для легкого бетону ( , для дрібнозернистого бетону групи А ( ), , .
Перевіряємо умову обмеження відносної висоти стиснутої зони межами товщини полиці пустотної плити: .
Умова виконується. Отже, стиснута зона розташована в межах товщини верхньої полиці над отворами.
Визначаємо коефіцієнт зниження опору робочої арматури в стадії пожежі:

Шляхом інтерполяції за таблицею 5 Додатку 1 знаходимо, що значенню для арматури А ІІ відповідає:

;
щільність сухого бетону знаходимо за формулою:
;
за таблицею 7 Додатку 1 визначаємо коефіцієнт К:
;
коефіцієнт теплопровідності ??,m визначаємо за табл. 6:
;
коефіцієнт теплоємкості Сt,m визначаємо за таблицею 6 Додатку 1:
;
знаходимо зведений коефіцієнт температуровідності ared:
;
визначаємо функцію помилок Гауса:
, звідси .
за даними таблиці 8 знаходимо, що функції Гауса erf Х=0,539 відповідає аргумент:
2
ордината поверхні арматурного стержня при нормативній межі вогнестійкості ?un =45хв = 0,75 год.
? = ys =0,02 м
В розрахунках враховуємо ординату поверхні арматурного стержня (де d ( діаметр арматури), а не центр ваги , тому що сталь має високу теплопровідність і весь арматурний стержень прогрівається миттєво.
Розрахункова межа вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити під час нагрівання робочої арматури:
(3.26)
Зіставлення розрахункової нормативної межі вогнестійкості за несучою здатністю багатопустотної плити:
?u = 80 хв. > ?un = 45 хв.
Висновок: розрахункова межа вогнестійкості вище нормативної. Отже, багатопустотна плита, що проектується, задовольняє вимогам вогнестійкості.
ЛіТЕРАТУРА
Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. – 5- е изд., перераб. – М: Стройиздат, 1991.
Бертелеми Б., Крюпа Ж. Огнестойкость строительных конструкций - М: Стройиздат, 1989.
Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. Учебник для студентов вузов по спец. «Пром. и гражд. строительство» - М: Высшая школа, 1987
Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Федоренко В.С. Огнестойкость зданий -М: Стройиздат ,70г
Грушевский В.В., Котов Н.Л., Токарев В.Г., Шурин Е.Т.Пожарная профилактика в строительстве. – учебник для пожарно-технических училищ МВД СССР М: Высшая школа, 1989.
СНиП 2.03.01 -84 Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР. – М: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.
СНиП 2.03.04 -84 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. Госстрой СССР. – М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.
ДБН В. 1.1.7-2002 „Пожежна безпека об’єктів будівництва”.
Кудаленкин В.Ф Пожарная профилактика в строительстве. Учебник для пожарно-технических училищ МВД СССР. – М: ВИПТШ МВД СССР, 1985.
Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и группам возгораемости материалов (к СНиП II-2-80) /ЦНИИСК им. Кучеренко – М: Стройиздат, 1985.
Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве, 2- е изд., перераб., дополн. М: Стройиздат, 1985.
Рекомендации по определению пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций / НИИЖБ М: Стройиздат, 1984 .
Романенко И.Г., Зигерн – Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. М: Стройиздат , 1984.
Милованов А.Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций. М: Стройиздат, 1986.
Фомин С.Л. Расчет железобетонных конструкций на температурно-влажностные воздействия технологической и климатической среды. Учб. пособие , К: УМК ВО, 1992.
Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М: Стройиздат, 1988.
Здания, сооружения и их поведение в условиях пожара. Программа для вузов МВД СССР. – М: УМЦ при ГУКУЗ МВД СССР, 1990.
Лыков А.В. Теория теплопроводности . М: Высшая школа, 1967.
Ройтман М.Я .Пожарная профилактика в строительном деле. ВИПТШ МВД СССР, 1975.
20).Бучок Ю.Ф. Будівельні конструкції: Основи розрахунку: Підручник.-К.: Вища школа., 1994.
21).Улицкий И.И. Железобетонные конструкции. –К.: Будівельник, 1973.
22). Стасюк М.І. Залізобетоні конструкції. Ч.1. Основи розрахунку залізобетонних конструкцій за граничними станами: Навч. пос.-К.: ІЗИН,