Penentuan batas ketahanan api kolom beton bertulang. Ketahanan api pelat lantai inti berongga Penentuan batas ketahanan api struktur beton bertulang

TENTANG PERTANYAAN MENGHITUNG SLOBS BEAMLESS UNTUK TAHAN KEBAKARAN

V.V. Zhukov, V.N. Lavrov

Artikel tersebut diterbitkan dalam publikasi “Beton dan beton bertulang - cara pengembangan. Karya ilmiah Konferensi Seluruh Rusia (Internasional) ke-2 tentang Beton dan Beton Bertulang. 5-9 September 2005 Moskow; Dalam 5 volume. NIIZHB 2005, Volume 2. Laporan bagian. Bagian “Struktur beton bertulang pada bangunan dan struktur.”, 2005.”

Mari kita perhatikan perhitungan batas ketahanan api lantai tanpa balok menggunakan contoh yang cukup umum dalam praktek konstruksi. Lantai beton bertulang tanpa balok mempunyai ketebalan 200 mm dari beton kelas tekan B25, diperkuat dengan jaring sel 200x200 mm dari tulangan kelas A400 diameter 16 mm dengan lapisan pelindung 33 mm (ke pusat gravitasi penguatan) permukaan bawah plafon dan A400 diameter 12 mm dengan lapisan pelindung 28 mm (sampai titik pusat) pada permukaan atas. Jarak antar kolom adalah 7m. Pada bangunan yang bersangkutan, plafon merupakan penahan api tipe pertama dan harus mempunyai batas ketahanan api terhadap hilangnya kapasitas insulasi termal (I), integritas (E) dan daya tampung(R) REI 150. Penilaian batas ketahanan api suatu lantai menurut dokumen yang ada dapat ditentukan dengan perhitungan hanya dengan ketebalan lapisan pelindung (R) untuk struktur yang dapat ditentukan secara statis, dengan ketebalan lantai (I ) dan kemungkinan patah getas jika terjadi kebakaran (E). Dalam hal ini, perkiraan yang cukup tepat diberikan melalui perhitungan I dan E, dan kapasitas menahan beban lantai jika terjadi kebakaran sebagai struktur statis tak tentu hanya dapat ditentukan dengan menghitung keadaan tegangan termal, menggunakan teori elastis. -plastisitas beton bertulang ketika dipanaskan atau teori metode keseimbangan batas suatu struktur di bawah aksi beban statis dan termal jika terjadi kebakaran . Teori terakhir adalah yang paling sederhana, karena tidak memerlukan penentuan tegangan dari beban statis dan suhu, tetapi hanya gaya (momen) dari aksi beban statis, dengan mempertimbangkan perubahan sifat beton dan tulangan ketika dipanaskan sampai engsel plastis muncul pada struktur statis tak tentu ketika diubah menjadi mekanisme. Dalam hal ini, penilaian daya dukung lantai tanpa balok selama kebakaran dilakukan dengan menggunakan metode keseimbangan batas, dan dalam satuan relatif terhadap daya dukung lantai dalam kondisi operasi normal. Gambar kerja bangunan ditinjau dan dianalisis, dilakukan perhitungan batas ketahanan api lantai beton bertulang tanpa balok berdasarkan terjadinya tanda-tanda keadaan batas yang dinormalisasi untuk struktur tersebut. Perhitungan batas ketahanan api berdasarkan daya dukung beban dilakukan dengan mempertimbangkan perubahan suhu beton dan tulangan selama 2,5 jam pengujian standar. Semua karakteristik termodinamika dan fisik-mekanik bahan konstruksi yang diberikan dalam laporan ini didasarkan pada data dari VNIIPO, NIIZHB, TsNIISK.

BATAS TUTUP TAHAN KEBAKARAN AKIBAT KEHILANGAN KEMAMPUAN ISOLASI TERMAL (I)

Dalam praktiknya, pemanasan struktur ditentukan dengan perhitungan selisih hingga atau elemen hingga menggunakan komputer. Saat memecahkan masalah konduktivitas termal, perubahan diperhitungkan sifat termofisika beton dan tulangan saat dipanaskan. Perhitungan suhu suatu struktur pada kondisi suhu standar dilakukan pada kondisi awal: suhu struktur dan lingkungan luar adalah 20C. Suhu lingkungan saat terjadi kebakaran berubah tergantung waktu. Saat menghitung suhu dalam struktur, pertukaran panas konvektif Qc dan Qr radiasi antara media yang dipanaskan dan permukaan diperhitungkan. Perhitungan suhu dapat dilakukan dengan menggunakan ketebalan bersyarat dari lapisan beton yang dipertimbangkan Xi* dari permukaan yang dipanaskan. Untuk menentukan suhu beton, hitunglah

Dengan menggunakan rumus (5), kita menentukan distribusi suhu pada ketebalan lantai setelah 2,5 jam kebakaran. Dengan menggunakan rumus (6), kami menentukan ketebalan lantai, yang diperlukan untuk mencapai suhu kritis 220C pada permukaan yang tidak dipanaskan dalam 2,5 jam. Ketebalan ini adalah 97 mm. Oleh karena itu, lantai dengan tebal 200 mm akan memiliki batas ketahanan api terhadap hilangnya kapasitas isolasi termal minimal 2,5 jam.

BATAS TAHAN KEBAKARAN PELAT LANTAI KARENA HILANGNYA INTEGRITAS (E)

Jika terjadi kebakaran pada bangunan dan struktur yang menggunakan beton dan struktur beton bertulang, kerusakan beton yang rapuh dapat terjadi, yang menyebabkan hilangnya integritas struktur. Kehancuran terjadi secara tiba-tiba, cepat dan oleh karena itu merupakan yang paling berbahaya. Penghancuran beton yang rapuh dimulai, sebagai suatu peraturan, 5-20 menit setelah dimulainya paparan api dan memanifestasikan dirinya sebagai pecahnya potongan-potongan beton dari permukaan struktur yang dipanaskan; melalui lubang, yaitu struktur dapat mencapai ketahanan api dini karena hilangnya integritas (E). Kerusakan beton yang rapuh dapat disertai dengan efek suara berupa letupan ringan, retakan dengan intensitas yang bervariasi, atau “ledakan”. Dalam kasus patah getas beton, potongan-potongan yang beratnya mencapai beberapa kilogram dapat tersebar pada jarak hingga 10-20 m Jika terjadi kebakaran, pengaruh terbesar terhadap patah getas beton diberikan oleh: tegangan suhu intrinsik dari gradien suhu melintasi penampang elemen, tegangan dari ketidakpastian statis struktur, dari beban eksternal dan dari penyaringan uap melalui struktur beton. Kerusakan getas beton jika terjadi kebakaran tergantung pada struktur beton, komposisinya, kelembaban, suhu, kondisi batas dan beban luar, mis. itu tergantung pada bahan (beton) dan jenis beton atau struktur beton bertulang. Batas ketahanan api suatu lantai beton bertulang berdasarkan hilangnya keutuhannya dapat dinilai dengan nilai kriteria patah getas (F), yang ditentukan dengan rumus yang diberikan pada:

BATAS TAHAN KEBAKARAN SLOVER KARENA HILANGNYA KAPASITAS BEBAN BEBAN (R)

Berdasarkan daya dukungnya, ketahanan api pada plafon juga ditentukan dengan perhitungan yang diperbolehkan. Masalah termal dan statis terpecahkan. Pada bagian perhitungan termoteknik, distribusi suhu sepanjang ketebalan pelat di bawah pengaruh termal standar ditentukan. Pada perhitungan bagian statis ditentukan daya dukung pelat pada saat terjadi kebakaran yang berlangsung selama 2,5 jam. Kondisi beban dan tumpuan diambil sesuai dengan desain bangunan. Kombinasi beban untuk menghitung batas ketahanan api dianggap istimewa. Dalam hal ini, diperbolehkan untuk tidak memperhitungkan beban jangka pendek dan hanya memasukkan beban normatif jangka panjang permanen dan sementara. Beban pada pelat jika terjadi kebakaran ditentukan dengan menggunakan metode NIIZHB. Jika daya dukung pelat yang dihitung sama dengan R pada kondisi operasi normal, maka nilai beban yang dihitung adalah P = 0,95 R. Beban standar jika terjadi kebakaran adalah 0,5 R. Perhitungan ketahanan bahan untuk menghitung batas ketahanan api diambil dengan faktor keamanan 0,83 untuk beton dan 0,9 untuk tulangan. Batas ketahanan api pelat lantai beton bertulang yang diperkuat dengan tulangan batangan dapat terjadi karena sebab-sebab yang harus diperhatikan: tergelincirnya tulangan pada tumpuan pada saat lapisan kontak beton dan tulangan dipanaskan sampai suhu kritis; rambat tulangan dan kehancuran ketika tulangan dipanaskan sampai suhu kritis. Pada bangunan yang dipertimbangkan, lantai beton bertulang monolitik digunakan dan daya dukungnya jika terjadi kebakaran ditentukan dengan menggunakan metode kesetimbangan batas, dengan mempertimbangkan perubahan sifat fisik dan mekanik beton dan tulangan ketika dipanaskan. Perlu dilakukan sedikit penyimpangan tentang kemungkinan penggunaan metode kesetimbangan batas untuk menghitung batas ketahanan api struktur beton bertulang bila terkena panas saat terjadi kebakaran. Menurut data, “selama metode kesetimbangan batas tetap berlaku, batas daya dukung sepenuhnya tidak bergantung pada tegangan aktual yang timbul, dan akibatnya, pada faktor-faktor seperti deformasi suhu, perpindahan tumpuan, dll. ” Tetapi pada saat yang sama, pemenuhan prasyarat berikut harus diperhatikan: elemen struktur tidak boleh rapuh sebelum mencapai tahap batas, tegangan sendiri tidak boleh mempengaruhi kondisi batas elemen. Pada struktur beton bertulang, prasyarat penerapan metode kesetimbangan batas ini tetap dipertahankan, namun untuk itu perlu tidak terjadi selip tulangan pada tempat terbentuknya engsel plastis dan kerusakan getas pada elemen struktur sebelum mencapai keadaan batas. . Selama kebakaran, pemanasan terbesar pelat lantai diamati dari bawah di zona momen maksimum, di mana, sebagai suatu peraturan, engsel plastis pertama terbentuk dengan penahan tulangan tarik yang cukup dengan deformasi yang signifikan dari pemanasan untuk rotasi dalam engsel dan redistribusi kekuatan di zona dukungan. Yang terakhir, beton yang dipanaskan berkontribusi pada peningkatan deformabilitas engsel plastik. “Jika metode kesetimbangan batas dapat diterapkan, maka tegangan intrinsik (tersedia dalam bentuk tegangan akibat suhu - catatan penulis) tidak mempengaruhi batas internal dan eksternal dari daya dukung struktur.” Ketika menghitung dengan metode kesetimbangan batas, diasumsikan, untuk ini terdapat data eksperimen yang sesuai, bahwa jika terjadi kebakaran, di bawah pengaruh suatu beban, pelat pecah menjadi sambungan datar yang dihubungkan satu sama lain sepanjang garis patahan dengan engsel plastis linier. . Menggunakan bagian dari daya dukung beban desain struktur dalam kondisi operasi normal sebagai beban jika terjadi kebakaran dan skema penghancuran pelat yang sama dalam kondisi normal dan selama kebakaran memungkinkan untuk menghitung batas ketahanan api sebesar lempengan dalam satuan relatif, tidak bergantung pada karakteristik geometris lempengan dalam rencana. Mari kita hitung batas ketahanan api suatu pelat yang terbuat dari beton berat kelas kuat tekan B25 dengan kuat tekan standar 18,5 MPa pada suhu 20 C. Tulangan kelas A400 dengan standar kuat tarik (20C) sebesar 391,3 MPa (4000 kg/cm2). Perubahan kekuatan beton dan tulangan selama pemanasan diterima menurut. Perhitungan fraktur pada satu strip panel dilakukan dengan asumsi bahwa engsel plastis linier terbentuk pada strip panel yang dipertimbangkan, sejajar dengan sumbu strip ini: satu engsel plastis linier pada bentang dengan retakan yang terbuka dari bawah dan satu engsel plastis linier pada kolom dengan celah terbuka dari atas. Yang paling berbahaya jika terjadi kebakaran adalah retakan dari bawah, dimana pemanasan tulangan yang diregangkan jauh lebih tinggi daripada retakan dari atas. Perhitungan daya dukung R lantai secara keseluruhan jika terjadi kebakaran dilakukan dengan menggunakan rumus:

Temperatur tulangan ini setelah 2,5 jam pembakaran adalah 503,5 C. Ketinggian zona tekan pada beton pelat pada engsel plastis tengah (sebagai cadangan tanpa memperhitungkan tulangan pada zona tekan beton).

Mari kita tentukan kapasitas dukung beban desain yang sesuai dari lantai R3 dalam kondisi operasi normal untuk lantai dengan ketebalan 200 mm, pada ketinggian zona tekan untuk engsel tengah di xc = ; bahu pasangan dalam Zc = 15,8 cm dan tinggi daerah tekan engsel kiri dan kanan Xc = Xn = 1,34 cm, bahu pasangan dalam Zx = Zn = 16,53 cm Kapasitas dukung beban rencana lantai R3 dengan ketebalan 20 cm pada suhu 20 C.

Dalam hal ini tentu saja persyaratan berikut harus dipenuhi: a) sekurang-kurangnya 20% tulangan atas yang diperlukan pada tumpuan harus melewati bagian tengah bentang; b) tulangan atas di atas tumpuan luar suatu sistem kontinu dimasukkan pada jarak paling sedikit 0,4l ke arah bentang dari tumpuan dan kemudian diputus secara bertahap (l adalah panjang bentang); c) semua tulangan atas di atas tumpuan tengah harus memanjang hingga bentang paling sedikit 0,15 l.

KESIMPULAN

Untuk menilai batas ketahanan api pada lantai beton bertulang tanpa balok, perhitungan batas ketahanan api harus dilakukan berdasarkan tiga tanda keadaan batas: hilangnya daya dukung R; hilangnya integritas E; hilangnya kemampuan isolasi termal I. Dalam hal ini, metode berikut dapat digunakan: keseimbangan batas, pemanasan dan mekanika retak.
Perhitungan menunjukkan bahwa untuk objek yang dipertimbangkan, untuk ketiga keadaan batas, batas ketahanan api lantai setebal 200 mm terbuat dari beton kelas kuat tekan B25, diperkuat dengan jaring penguat dengan sel 200x200 mm, baja A400 dengan lapisan pelindung tebal tulangan dengan diameter 16 mm pada permukaan bawah 33 mm dan diameter atas 12 mm – 28 mm paling sedikit adalah REI 150.
Lantai beton bertulang tanpa balok ini dapat berfungsi sebagai penahan api, menurut tipe pertama.
Penilaian batas ketahanan api minimum lantai beton bertulang tanpa balok dapat dilakukan dengan menggunakan metode kesetimbangan batas dalam kondisi penyisipan tulangan tarik yang cukup pada tempat terbentuknya engsel plastis.

literatur

Petunjuk untuk menghitung batas ketahanan api sebenarnya dari beton bertulang struktur bangunan berdasarkan penggunaan komputer. – M.: VNIIPO, 1975.
Gost 30247.0-94. Struktur bangunan. Metode pengujian ketahanan api. M., 1994. – 10 hal.
SP 52-101-2003. Struktur beton dan beton bertulang tanpa tulangan prategang. – M.: FSUE TsPP, 2004. –54 hal.
SNiP-2.03.04-84. Struktur beton dan beton bertulang dirancang untuk beroperasi dalam kondisi suhu tinggi dan tinggi. – M.: CITP Gosstroy Uni Soviet, 1985.
Rekomendasi penghitungan batas ketahanan api beton dan struktur beton bertulang. – M.: Stroyizdat, 1979. – 38 hal.
SNiP-21-01-97* Keamanan kebakaran bangunan dan struktur. TsPP Badan Usaha Milik Negara, 1997. – 14 hal.
Rekomendasi untuk perlindungan beton dan struktur beton bertulang dari kerusakan getas akibat kebakaran. – M.: Stroyizdat, 1979. – 21 hal.
Rekomendasi desain pelat lantai inti berongga dengan ketahanan api yang dibutuhkan. – M.: NIIZhB, 1987. – 28 hal.
Panduan perhitungan struktur beton bertulang statis tak tentu. – M.: Stroyizdat, 1975.Hal.98-121.
Rekomendasi metodologis untuk menghitung ketahanan api dan keselamatan kebakaran struktur beton bertulang (MDS 21-2.000). – M.: NIIZhB, 2000. – 92 hal.
Gvozdev A.A. Perhitungan daya dukung struktur menggunakan metode keseimbangan batas. Penerbitan negara untuk literatur konstruksi. – M., 1949.

Struktur beton bertulang, karena tidak mudah terbakar dan konduktivitas termal yang relatif rendah, cukup tahan terhadap pengaruh faktor kebakaran agresif. Namun, mereka tidak bisa menahan api tanpa batas waktu. Struktur beton bertulang modern, biasanya, terbuat dari dinding tipis, tanpa sambungan monolitik dengan elemen bangunan lainnya, yang membatasi kemampuannya untuk menjalankan fungsi operasionalnya dalam kondisi kebakaran hingga 1 jam, dan terkadang kurang. Struktur beton bertulang yang dibasahi memiliki batas ketahanan api yang lebih rendah lagi. Jika peningkatan kadar air suatu struktur menjadi 3,5% meningkatkan batas ketahanan api, maka peningkatan lebih lanjut kadar air beton dengan kepadatan lebih dari 1200 kg/m 3 jika terjadi kebakaran jangka pendek dapat menyebabkan ledakan. beton dan kerusakan struktur yang cepat.

Batas ketahanan api suatu struktur beton bertulang tergantung pada dimensi penampang, ketebalan lapisan pelindung, jenis, jumlah dan diameter tulangan, kelas beton dan jenis agregat, beban pada struktur. dan skema dukungannya.

Batas ketahanan api struktur penutup dengan memanaskan permukaan yang berlawanan dengan api sebesar 140°C (lantai, dinding, partisi) tergantung pada ketebalan, jenis beton dan kadar airnya. Dengan meningkatnya ketebalan dan penurunan kepadatan beton, batas ketahanan api meningkat.

Batas ketahanan api berdasarkan hilangnya daya dukung beban tergantung pada jenis dan skema statis mendukung struktur tersebut. Elemen lentur dengan penyangga sederhana bentang tunggal (pelat balok, panel dan dek lantai, balok, balok penopang) hancur jika terjadi kebakaran sebagai akibat dari pemanasan tulangan kerja bawah memanjang hingga suhu kritis maksimum. Batas ketahanan api dari struktur ini tergantung pada ketebalan lapisan pelindung tulangan kerja bawah, kelas tulangan, beban kerja dan konduktivitas termal beton. Untuk balok dan purlin, batas ketahanan api juga bergantung pada lebar penampang.

Dengan yang sama parameter desain Batas ketahanan api balok lebih kecil dibandingkan pelat, karena jika terjadi kebakaran, balok dipanaskan pada tiga sisi (dari bawah dan dua sisi muka), dan pelat dipanaskan hanya dari permukaan bawah.

Baja tulangan terbaik dari segi ketahanan api adalah baja kelas A-III grade 25G2S. Temperatur kritis baja ini pada saat mencapai batas ketahanan api suatu struktur yang dibebani beban standar adalah 570°C.

Dek pratekan berongga besar produksi pabrik yang terbuat dari beton berat dengan lapisan pelindung 20 mm dan tulangan batang yang terbuat dari baja kelas A-IV memiliki batas ketahanan api 1 jam, yang memungkinkan penggunaan dek ini pada bangunan tempat tinggal.

Pelat dan panel berpenampang padat terbuat dari beton bertulang biasa dengan lapisan pelindung 10 mm mempunyai batas ketahanan api: tulangan baja kelas A-I dan A-II - 0,75 jam; A-III (kelas 25G2S) - 1 sdt.

Dalam beberapa kasus, struktur fleksibel berdinding tipis (panel dan penghiasan berongga dan berusuk, palang dan balok dengan lebar bagian 160 mm atau kurang, tanpa rangka vertikal pada penyangganya) dapat runtuh sebelum waktunya jika terjadi kebakaran di sepanjang bagian miring. di dukungan. Kerusakan jenis ini dicegah dengan memasang rangka vertikal dengan panjang minimal 1/4 bentang pada area penyangga struktur tersebut.

Pelat yang ditopang sepanjang kontur memiliki batas ketahanan api yang jauh lebih tinggi dibandingkan elemen sederhana yang dapat ditekuk. Pelat ini diperkuat dengan tulangan kerja dua arah, sehingga ketahanan apinya juga bergantung pada perbandingan tulangan pada bentang pendek dan panjang. kamu lempengan persegi jika rasio ini sama dengan satu, suhu kritis tulangan pada permulaan batas ketahanan api adalah 800°C.

Ketika rasio aspek pelat meningkat, suhu kritis menurun, dan oleh karena itu batas ketahanan api juga menurun. Dengan rasio aspek lebih dari empat, batas ketahanan api hampir sama dengan batas ketahanan api pelat yang ditopang pada kedua sisinya.

Balok dan pelat balok statis tak tentu, ketika dipanaskan, kehilangan daya dukung bebannya sebagai akibat dari rusaknya bagian pendukung dan bentang. Bagian-bagian pada bentang hancur akibat berkurangnya kekuatan tulangan memanjang bawah, dan bagian-bagian pendukung hancur akibat hilangnya kekuatan beton pada zona tekan bawah, yang dipanaskan sampai suhu tinggi. Tingkat pemanasan zona ini bergantung pada ukurannya persilangan, oleh karena itu, ketahanan api pelat balok statis tak tentu bergantung pada ketebalannya, dan balok - pada lebar dan tinggi bagian. Pada ukuran besar penampang, batas ketahanan api dari struktur yang dipertimbangkan secara signifikan lebih tinggi daripada struktur yang ditentukan secara statis (bentang tunggal hanya didukung balok dan pelat), dan dalam beberapa kasus (untuk pelat balok tebal, untuk balok dengan tulangan penyangga atas yang kuat ) praktis tidak bergantung pada ketebalan lapisan pelindung pada tulangan memanjang bawah.

Kolom. Batas ketahanan api kolom tergantung pada pola penerapan beban (pusat, eksentrik), dimensi penampang, persentase tulangan, jenis agregat beton kasar dan ketebalan lapisan pelindung tulangan memanjang.

Rusaknya kolom bila dipanaskan terjadi akibat menurunnya kekuatan tulangan dan beton. Penerapan beban eksentrik mengurangi ketahanan api kolom. Jika beban diterapkan dengan eksentrisitas yang besar, maka ketahanan api kolom akan tergantung pada ketebalan lapisan pelindung tulangan tarik, yaitu. Sifat pengoperasian kolom tersebut ketika dipanaskan sama dengan balok sederhana. Ketahanan api kolom dengan eksentrisitas kecil mendekati ketahanan api kolom terkompresi terpusat. Kolom yang terbuat dari beton pada batu pecah granit memiliki ketahanan api yang lebih kecil (20%) dibandingkan kolom pada batu pecah kapur. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa granit mulai runtuh pada suhu 573°C, dan batu kapur mulai runtuh pada suhu 800°C.

dinding. Selama kebakaran, biasanya, dinding memanas di satu sisi dan karenanya membengkok ke arah api atau ke arah yang berlawanan. Dinding berubah dari struktur terkompresi terpusat menjadi struktur terkompresi eksentrik dengan peningkatan eksentrisitas seiring berjalannya waktu. Dalam kondisi ini, tahan api dinding penahan beban sangat tergantung pada beban dan ketebalannya. Dengan bertambahnya beban dan berkurangnya ketebalan dinding, batas ketahanan apinya menurun, dan sebaliknya.

Dengan bertambahnya jumlah lantai bangunan, beban pada dinding meningkat, oleh karena itu, untuk memastikan ketahanan api yang diperlukan, ketebalan dinding melintang penahan beban pada bangunan tempat tinggal diambil sama (mm): dalam 5.. . Bangunan 9 lantai - 120, 12 lantai - 140, 16 lantai - 160 , di gedung dengan ketinggian lebih dari 16 lantai - 180 atau lebih.

Panel dinding luar mandiri satu lapis, dua lapis, dan tiga lapis dikenakan beban ringan, sehingga ketahanan api pada dinding ini biasanya memenuhi persyaratan keselamatan kebakaran.

Kapasitas menahan beban dinding yang sedang bekerja suhu tinggi ditentukan tidak hanya oleh perubahan karakteristik kekuatan beton dan baja, tetapi terutama oleh deformabilitas elemen secara keseluruhan. Ketahanan api pada dinding ditentukan, sebagai suatu peraturan, oleh hilangnya daya dukung (penghancuran) dalam keadaan panas; tanda memanaskan permukaan dinding “dingin” pada suhu 140° C bukanlah hal yang khas. Batas ketahanan api tergantung pada beban kerja (faktor keamanan struktur). Penghancuran dinding akibat benturan unilateral terjadi menurut salah satu dari tiga skema:

1) dengan perkembangan defleksi yang ireversibel ke arah permukaan dinding yang dipanaskan dan kehancurannya di tengah ketinggian karena kasus kompresi eksentrik pertama atau kedua (overheating tulangan atau beton "dingin");
2) dengan defleksi elemen pada awalnya ke arah pemanasan, dan pada tahap akhir ke arah yang berlawanan; kehancuran - di tengah ketinggian pada beton yang dipanaskan atau pada tulangan “dingin” (diregangkan);
3) dengan arah defleksi yang bervariasi, seperti pada skema 1, tetapi penghancuran dinding terjadi pada zona penyangga sepanjang beton pada permukaan “dingin” atau sepanjang bagian miring.

Pola keruntuhan pertama tipikal untuk dinding fleksibel, pola keruntuhan kedua dan ketiga untuk dinding dengan fleksibilitas lebih rendah dan dinding yang didukung platform. Jika Anda membatasi kebebasan rotasi bagian pendukung dinding, seperti halnya dengan dukungan platform, deformabilitasnya berkurang dan oleh karena itu batas ketahanan api meningkat. Dengan demikian, dukungan platform pada dinding (pada bidang yang tidak dapat dipindahkan) meningkatkan batas ketahanan api rata-rata dua kali lipat dibandingkan dengan dukungan berengsel, terlepas dari pola penghancuran elemennya.

Mengurangi persentase penguatan dinding dengan dukungan berengsel mengurangi batas ketahanan api; dengan dukungan platform, perubahan batas penguatan dinding yang biasa praktis tidak berpengaruh pada ketahanan api. Ketika dinding dipanaskan pada kedua sisi secara bersamaan ( dinding bagian dalam) tidak mengalami defleksi suhu, struktur terus bekerja pada kompresi sentral dan oleh karena itu batas ketahanan api tidak lebih rendah daripada pemanasan satu sisi.

Prinsip dasar penghitungan ketahanan api struktur beton bertulang

Ketahanan api pada struktur beton bertulang hilang, sebagai suatu peraturan, sebagai akibat hilangnya daya dukung (runtuhnya) karena penurunan kekuatan, muai panas dan mulur suhu tulangan dan beton ketika dipanaskan, serta karena untuk memanaskan permukaan yang tidak terkena api sebesar 140 °C. Menurut indikator ini - Batas ketahanan api struktur beton bertulang dapat diketahui dengan perhitungan.

Secara umum perhitungannya terdiri dari dua bagian: termal dan statis.

Di bagian teknik termal, suhu ditentukan sepanjang penampang struktur selama pemanasan sesuai standar kondisi suhu. Di bagian statis, kapasitas menahan beban (kekuatan) dari struktur yang dipanaskan dihitung. Kemudian dibuat grafik (Gbr. 3.7) tentang penurunan daya dukung bebannya dari waktu ke waktu. Dengan menggunakan grafik ini, batas ketahanan api ditemukan, yaitu. waktu pemanasan, setelah itu daya dukung struktur akan berkurang menjadi beban kerja, mis. bila terjadi persamaan: M rt (N rt) = M n (M n), dimana M rt (N rt) adalah daya dukung struktur lentur (tekan atau tekan eksentrik);

M n (M n), - momen lentur (gaya memanjang) dari beban kerja standar atau lainnya.

Tabel 2.18

Kepadatan beton ringan? = 1600 kg/m3 dengan agregat kasar tanah liat mengembang, pelat dengan rongga bulat sebanyak 6 buah, pelat ditopang bebas pada kedua sisinya.

1. Mari kita tentukan ketebalan efektif teff pelat inti berongga untuk menilai batas ketahanan api berdasarkan kemampuan insulasi termal sesuai dengan pasal 2.27 Manual:

dimana tebal pelat, mm;

- lebar pelat, mm;
- jumlah rongga, pcs.;
- diameter rongga, mm.
2. Tentukan berdasarkan tabel. 8 Pedoman batas ketahanan api suatu pelat berdasarkan hilangnya kapasitas insulasi termal untuk pelat yang terbuat dari bagian beton berat dengan tebal efektif 140 mm:

Batas ketahanan api pelat berdasarkan hilangnya kemampuan isolasi termal

3. Tentukan jarak dari permukaan pelat yang dipanaskan ke sumbu batang tulangan:

dimana ketebalan lapisan pelindung beton, mm;

- diameter alat kelengkapan kerja, mm.
4. Berdasarkan tabel. 8 Manual Kami menentukan batas ketahanan api suatu pelat berdasarkan hilangnya daya dukung beban pada a = 24 mm, untuk beton berat dan bila ditopang pada kedua sisi.

Batas ketahanan api yang dibutuhkan berkisar antara 1 jam hingga 1,5 jam, kita menentukannya dengan interpolasi linier:

Batas ketahanan api pelat tanpa memperhitungkan faktor koreksi adalah 1,25 jam.

5. Menurut pasal 2.27 Manual, untuk menentukan batas ketahanan api pelat inti berongga, diterapkan faktor reduksi sebesar 0,9:
6. Kita tentukan beban total pada pelat sebagai penjumlahan beban tetap dan beban sementara:
7. Tentukan perbandingan bagian beban kerja panjang dengan beban penuh:

8. Faktor koreksi beban menurut pasal 2.20 Manual:

9. Menurut pasal 2.18 (bagian 1 a) Manfaat, apakah kita menerima koefisiennya? untuk perlengkapan A-VI:
10. Kami menentukan batas ketahanan api pelat, dengan mempertimbangkan koefisien beban dan tulangan:

Batas ketahanan api pelat ditinjau dari daya dukung bebannya adalah R 98.

Batas ketahanan api pelat dianggap lebih kecil dari dua nilai - hilangnya kapasitas insulasi termal (180 menit) dan hilangnya kapasitas menahan beban (98 menit).

Kesimpulan : batas ketahanan api pelat beton bertulang adalah REI 98

Seperti disebutkan di atas, batas ketahanan api pada struktur beton bertulang lentur dapat terjadi karena pemanasan tulangan kerja yang terletak di zona tarik hingga suhu kritis.

Dalam hal ini, perhitungan ketahanan api pelat lantai inti berongga akan ditentukan oleh waktu pemanasan tulangan kerja yang diregangkan hingga suhu kritis.

Penampang pelat ditunjukkan pada Gambar 3.8.

B P B P B P B P B P

H H 0

A S

Gambar.3.8. Desain penampang pelat lantai inti berongga

Untuk menghitung pelat, penampangnya direduksi menjadi penampang T (Gbr. 3.9).

B F

X item ≤h´ F

H F

h h 0

X item >h´ F

A S

a∑b R

Gambar.3.9. Penampang T pelat inti berongga untuk menghitung ketahanan apinya

Selanjutnya

perhitungan batas ketahanan api elemen beton bertulang inti berongga datar fleksibel

3. Jika, maka  S , item ditentukan oleh rumus

Dimana saja B digunakan ;

Jika
, maka harus dihitung ulang menggunakan rumus:

Menurut 3.1.5 ditentukan T S , kr(temperatur kritis).

Fungsi kesalahan Gaussian dihitung menggunakan rumus:

Menurut 3.2.7, argumen fungsi Gaussian ditemukan.

Batas ketahanan api P f dihitung dengan rumus:

Contoh No.5.

Diberikan. Pelat lantai inti berongga, ditopang bebas pada kedua sisinya. Dimensi bagian: B=1200 mm, panjang bentang kerja aku= 6 m, tinggi bagian H= 220 mm, ketebalan lapisan pelindung A aku = 20 mm, tulangan tarik kelas A-III, 4 batang Ø14 mm; beton berat kelas B20 pada batu kapur pecah, kadar air berat beton w= 2%, kepadatan kering rata-rata beton ρ 0 detik= 2300 kg/m 3, diameter rongga D N = 5,5 kN/m.

Mendefinisikan batas ketahanan api sebenarnya dari pelat tersebut.

Larutan:

Untuk beton kelas B20 R bn= 15 MPa (klausul 3.2.1.)

R bu= R bn /0,83 = 15/0,83 = 18,07 MPa

Untuk penguatan kelas A-III R sn = 390 MPa (klausul 3.1.2.)

R su= R sn /0,9 = 390/0,9 = 433,3 MPa

A S= 615 mm 2 = 61510 -6 m 2

Karakteristik termofisik beton:

suhu = 1,14 – 0,00055450 = 0,89 W/(m˚С)

dengan suhu = 710 + 0,84450 = 1090 J/(kg·˚С)

k= 37.2 hal.3.2.8.

k 1 = 0,5 hal.3.2.9. .

Batas ketahanan api sebenarnya ditentukan:

Mengingat kekosongan pelat, batas ketahanan api sebenarnya harus dikalikan dengan faktor 0,9 (klausul 2.27.).

literatur

Shelegov V.G., Kuznetsov N.A. “Bangunan, struktur dan stabilitasnya jika terjadi kebakaran.” Buku teks untuk mempelajari disiplin ilmu. – Irkutsk: VSI Kementerian Dalam Negeri Rusia, 2002. – 191 hal.

Shelegov V.G., Kuznetsov N.A. Konstruksi bangunan. Buku referensi untuk disiplin “Bangunan, struktur dan stabilitasnya jika terjadi kebakaran.” – Irkutsk: Lembaga Penelitian Seluruh Rusia Kementerian Dalam Negeri Rusia, 2001. – 73 hal.

Mosalkov I.L. dan lain-lain.Ketahanan api pada struktur bangunan: M.: ZAO "Spetstekhnika", 2001. - 496 hal., ilus.

Yakovlev A.I. Perhitungan ketahanan api struktur bangunan. – M.: Stroyizdat, 1988.- 143 hal., sakit.

Shelegov V.G., Chernov Yu.L. “Bangunan, struktur dan stabilitasnya jika terjadi kebakaran.” Panduan untuk menyelesaikan proyek kursus. – Irkutsk: Lembaga Penelitian Seluruh Rusia Kementerian Dalam Negeri Rusia, 2002. – 36 hal.

Panduan untuk menentukan batas ketahanan api suatu struktur, batas perambatan api melalui struktur dan kelompok bahan yang mudah terbakar (menurut SNiP II-2-80), TsNIISK im. Kucherenko. – M.: Stroyizdat, 1985. – 56 hal.

GOST 27772-88: Produk canai untuk membangun struktur baja. Biasa saja spesifikasi teknis/ Gosstroy Uni Soviet. – M., 1989

SNiP 2.01.07-85*. Beban dan dampak/Gosstroy Uni Soviet. – M.: CITP Gosstroy Uni Soviet, 1987. – 36 hal.

Gost 30247.0 – 94. Struktur bangunan. Metode uji ketahanan api. Ketentuan Umum.

SNiP 2.03.01-84*. Struktur beton dan beton bertulang / Kementerian Konstruksi Rusia. – M.: GP TsPP, 1995. – 80 hal.

1DEWAN – suatu bangunan di tepi pantai dengan pondasi miring yang dibangun khusus ( tempat peluncuran kapal), tempat lambung kapal diletakkan dan dibangun.

2 Jalan layang – sebuah jembatan yang melintasi jalur darat (atau melewati jalur darat) tempat keduanya berpotongan. Gerakan sepanjang mereka disediakan pada tingkat yang berbeda.

3LEBIH DARI – suatu bangunan berupa jembatan untuk membawa suatu jalan ke jalan lain pada titik perpotongannya, untuk tempat berlabuhnya kapal, dan pada umumnya juga untuk membuat jalan pada ketinggian tertentu.

4 TANGKI PENYIMPANAN - wadah untuk cairan dan gas.

5 PEMEGANG GAS– fasilitas penerimaan, penyimpanan dan pendistribusian gas ke dalam jaringan pipa gas.

6tanur tinggi- tungku poros untuk peleburan besi cor dari bijih besi.

7Temperatur kritis– suhu di mana resistansi logam standar R un berkurang ke nilai tegangan standar n dari beban eksternal pada struktur, mis. dimana hilangnya daya dukung terjadi.

8 Dowel - batang kayu atau logam yang digunakan untuk mengencangkan bagian-bagian struktur kayu.

Untuk mengatasi masalah bagian statis, kami mengurangi bentuk penampang pelat lantai beton bertulang dengan rongga bulat (Lampiran 2, Gambar 6) menjadi bentuk T yang dihitung.

Mari kita tentukan momen lentur di tengah bentang akibat aksi beban standar dan berat pelat itu sendiri:

Di mana Q / N– beban standar per 1 meter linier pelat, sama dengan:

Jarak dari permukaan bawah (dipanaskan) panel ke sumbu alat kelengkapan yang berfungsi adalah:

mm,

Di mana D– diameter batang tulangan, mm.

Jarak rata-ratanya adalah:

mm,

Di mana A– luas penampang batang tulangan (klausul 3.1.1.), mm 2.

Mari kita tentukan dimensi utama dari perhitungan bagian T panel:

Lebar: B F = B= 1,49 m;

Tinggi: H F = 0,5 (H-П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 mm;

Jarak dari permukaan struktur yang tidak dipanaskan ke sumbu batang tulangan H Hai = H – A= 220 – 21 = 199mm.

Kami menentukan kekuatan dan karakteristik termofisika beton:

Kekuatan tarik standar R bn= 18,5 MPa (Tabel 12 atau pasal 3.2.1 untuk beton kelas B25);

Faktor keandalan  B = 0,83 ;

Kekuatan desain beton berdasarkan kekuatan tarik R bu = R bn /  B= 18,5 / 0,83 = 22,29 MPa;

Koefisien konduktivitas termal  T = 1,3 – 0,00035T Menikahi= 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 W m -1 K -1 (klausul 3.2.3.),

Di mana T Menikahi– suhu rata-rata selama kebakaran sebesar 723 K;

Panas spesifik DENGAN T = 481 + 0,84T Menikahi= 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 J kg -1 K -1 (bagian 3.2.3.);

Koefisien difusivitas termal yang diberikan:

Koefisien tergantung pada kepadatan rata-rata beton KE= 39 detik 0,5 dan KE 1 = 0,5 (klausul 3.2.8, klausa 3.2.9.).

Tentukan ketinggian zona tekan pelat:

Kami menentukan tegangan tulangan tarik dari beban eksternal sesuai dengan adj. 4:

Karena X T= 8,27 mm H F= 30,5 mm, maka

Di mana Sebagai– total luas penampang batang tulangan pada zona tarik penampang struktur, sama dengan 5 batang12 mm 563 mm 2 (klausul 3.1.1.).

Mari kita tentukan nilai kritis koefisien perubahan kekuatan baja tulangan:

Di mana R su– ketahanan desain tulangan dalam hal kekuatan ultimat, sama dengan:

R su = R sn /  S= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (di sini  S– faktor keandalan untuk penguatan, diambil sama dengan 0,9);

R sn– kuat tarik standar tulangan sebesar 390 MPa (Tabel 19 atau ayat 3.1.2).

Mengerti  stcr1. Artinya tegangan-tegangan akibat beban luar pada tulangan tarik melebihi tahanan standar tulangan tersebut. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengurangan tegangan akibat beban luar pada tulangan. Untuk melakukan ini, kami akan menambah jumlah batang penguat panel12mm menjadi 6.Kemudian A S= 679 10 -6 (bagian 3.1.1.).

MPa,

Mari kita tentukan suhu pemanasan kritis tulangan penahan beban di zona tegangan.

Sesuai tabel pada pasal 3.1.5. Dengan menggunakan interpolasi linier, kami menentukan bahwa untuk tulangan kelas A-III, baja kelas 35 GS dan  stcr = 0,93.

T stcr= 475C.

Waktu yang diperlukan tulangan untuk memanas hingga suhu kritis untuk pelat berpenampang padat akan menjadi batas ketahanan api sebenarnya.

s = 0,96 jam,

Di mana X– argumen fungsi kesalahan Gaussian (Crump) sama dengan 0,64 (klausul 3.2.7.) tergantung pada nilai fungsi kesalahan Gaussian (Crump) sama dengan:

(Di Sini T N– suhu bangunan sebelum kebakaran diasumsikan 20С).

Batas ketahanan api sebenarnya dari pelat lantai dengan rongga bulat adalah:

P F =  0,9 = 0,960,9 = 0,86 jam,

dimana 0,9 adalah koefisien yang memperhitungkan adanya rongga pada pelat.

Karena beton adalah bahan yang tidak mudah terbakar, maka jelas kelas bahaya kebakaran sebenarnya dari struktur tersebut adalah K0.