Расчет огнестойкости высотного здания при пожаре

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 + — ,

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.

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 • ^

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

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: mkrtychev@vandex.ru, dimacolt@yandex.ru

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»