CC BY
50
ВЕСТНИК 4/2010
РАСЧЕТ ОГНЕСТОЙКОСТИ ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ ПРИ
ПОЖАРЕ
CALCULATION OF FIRE RESISTANCE OF THE HIGH-RISE
BUILDING IN FIRE
О. В. Мкртычев, Д.С. Сидоров
O.V. Mkrtychev, D. S. Sidorov
ГОУ ВПО МГСУ
В статье рассматривается расчет фактической огнестойкости стены нижнего яруса высотного здания при комбинированных силовых и температурных воздействиях.
In article calculation of actual fire resistance of a wall of the bottom circle of a high-rise building at the combined power and temperature loads.
По данным Всемирного Центра пожарной статистики убытки от пожаров в развитых странах составляют примерно 1% от их национального дохода. Статистика показывает, что число пожаров и ущерб от них непрерывно растут. В связи с этим проведение теоретических и экспериментальных исследований воздействия высокотемпературной нагрузки на конструкции зданий и сооружений приобретает особую актуальность.
Для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих элементов зданий и сооружений с учетом температурных воздействий и оценки их прочности необходимо иметь информацию о полях распределения температуры в конструкциях. Распределение температуры по конструкции определяется с помощью уравнения теплопроводности:
дТ W m
— = a-V Т + — , (1)
dt c
где Т(x, y, z, t) - температура в какой-либо точке тела в момент времени t; V2 -
оператор Лапласа; a = — - коэффициент температуропроводности, характеризующий c
теплоинерционные свойства тел; X - коэффициент теплопроводности; c - удельная объемная теплоемкость; W - мощность внутреннего источника тепла.
В случае если внутренний источник тепла отсутствует, и температура не меняется во времени, уравнение теплопроводности принимает вид уравнения Лапласа:
V 2Т = 0. (2)
Для нахождения однозначного решения уравнения теплопроводности необходимо его дополнить граничными условиями [1].
Одной из основных задач расчета зданий при комбинированных силовых и температурных воздействиях является определение их фактического предела огнестойкости. Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени в
4/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
Рис.1. Рассматриваемая конструкция стены
минутах при наступлении одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний: потери несущей способности Я; потери теплоизолирующей способности I; потери целостности Е [9].
Экспериментальное исследование огнестойкости натурных конструкций сопряжено с большими затратами, поэтому актуальной является разработка математической модели поведения строительных конструкций при пожаре. Одним из наиболее
мощных и универсальных из известных в настоящее время средств дискретного анализа конструкций является метод конечных элементов.
Определялось НДС железобетонной стены нижнего этажа высотного здания при комбинированных силовых и температурных воздействиях. Конструкция стены имеет размеры: длина Ь = 3,75 м, высота Н = 3 м, толщина к = 0,3 м (рис.1). Материал конструкции -бетон класса В25. При определение НДС решалась несвязанная задача. Расчет железобетонной стены производился в физически и геометрически нелинейной постановке. Диаграмма материала задавалась билинейной с учетом предельно допустимых деформаций бетона при сжатии. Силовые воздействия на конструкцию задавались в виде погонной равномерно распределенной вертикальной нагрузки, приложенной к верхней границе стены и равной д = 250 т/м. Также к стене прикладывалось одностороннее огневое воздействие в виде кривой изменения температуры стандартного пожара:
Т = 345 • ^(0,133 • (+1) + Т0, (3)
где г - время нагрева, сек; Т0- начальная температура, °С [9].
ж
1М0 1000 .
9ВО 900
«М
НЮ ■ /
/
/
зоо
гьо
50 0
Время огнев ого воздействия г, мин
8 § 2 §
Рис.2. Зависимость температуры Тна поверхности конструкции от времени пожара I
ВЕСТНИК МГСУ
4/2010
На рис.3 приведены изополя интенсивности напряжений в конечных элементах стены в момент времени непосредственно перед разрушением.
thermal expansion of а block
Contour» еякв» sirtu гом tpt «[ut
min-s.iniii+gT, »t «Km* ?7« m«*-3.0BW1 >417, ft «1«ГШ» 311
J.<M»**e7_!
июе»*ог _ £M«**9TJ l®€*»+07J LMl»*fl7T
г_в«1*+07 J
ч
irj
i
"1
'J
Рис.3. Изоиоля интенсивности напряжений в стене перед разрушением
На рис.4 приведены изополя интенсивности напряжений в конечных элементах стены в момент времени, соответствующий началу разрушения конструкции (г = 38 мин).
[hernial expansion or в block
Contour» 0< Stn I. IV-fnr
" >:-L whit
mlnr-1 -M6*W .t «1*111« 26'
"-1 "I
irj
Fflno* Lev*)» IMImOT
Z-877**07 J i4T6»+0r_
U>Tf*+OiJ
1 «69**07 J
l.M7**fl7_
Рис. 4. Разрушение конструкции стены (г = 38 мин)
В результате расчета была получена фактическая огнестойкость стены нижнего яруса высотного здания при комбинированных силовых и температурных воздействиях, которая оказалась равной 38 минутам.
4/2010 М1 ВЕСТНИК
Литература
1. Варданян Г.С. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности..М, АСВ, 1995.
2. Кричевский А.П. Расчет железобетонных инженерных сооружений на температурные воздействия..М., Стройиздат, 1984.
3. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре..М., Стройиздат, 1998.
4. МГСН 4.19-2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве.
5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
6. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
7. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
8. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного натяжения арматуры.
9. СТО 36554501-006-2006. Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций.
Высотное здание, огнестойкость конструкции, пожар, предел огнестойкости конструкции, комбинированное воздействие.
High-rise building, fire resistance of structure, fire, limit offire resistance of structure, combined load. E-mail авторов: [email protected], [email protected]
Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»
