МЧС РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ Кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПОЖАРЕ» Тема: «Проверка соответствия огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций противопожарным требованиям и предлагаемые технические решения по повышению их огнестойкости» Вариант № 81 Выполнил: ___________________________________________________________________ (№ группы, факультет, специальное звание, фамилия, инициалы) ___________________________________________________________________ Руководитель: ___________________________________________________________________ (должность, ученая степень, ученое звание, специальное звание, фамилия, инициалы) Дата защиты ______________________ Оценка___________________________ _________________________________ подпись руководителя Санкт-Петербург 2 Кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА по теме «Проверка соответствия огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций противопожарным требованиям и предлагаемые технические решения по повышению их огнестойкости» Обучающемуся 1 курса учебной группы ТБ4М, факультет: «Техносферная безопасность», старшина внутренней службы, Музыка Ю.А. Содержание курсового проекта: Введение ....................................................................................................................... 3 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ...... 4 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ ............................ 5 3. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРТЫИЯ ............................................................ 7 3.1. Статический расчет .............................................................................................. 7 3.2 Теплотехнический расчет ................................................................................... 11 4. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯ ................................................................................................ 12 5. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ.............................................................. 16 ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................................... 18 Список литературы ................................................................................................... 25 Руководитель _________________________________________________________ должность, ученая степень, ученое звание, специальное звание, фамилия И.О. «___»____________ 20__ г. 3 Введение Ни одно противопожарное мероприятие не даст положительного эффекта, если при пожаре не будет гарантирована соответствующая защита несущей системы здания от обрушения, которая обеспечивается огнестойкостью строительных конструкций. Теория огнестойкости строительных конструкций, как составная часть общей теории сопротивления сооружений, объединяет в одном направлении специальные знания из области термодинамики, теории тепло- и массопереноса, строительной механики, теории конструктивной безопасности и живучести несущих систем, силового и несилового (средового) сопротивления материалов разрушению и деформированию, теории надёжности, теории вероятности, а также ряда других областей строительной науки. Инженер пожарной безопасности должен уметь качественно проводить пожарно-техническую экспертизу строительных конструкций зданий и сооружений, что позволяет не только выявить все нарушения требований норм, но и технически грамотно и экономически оптимально предлагать технические решения и разрабатывать мероприятия, направленные на устранение нарушений требований пожарной безопасности. Потенциальная пожарная опасность зданий и сооружений определяется количеством и свойствами материалов, находящихся в здании; пожарной опасностью строительных конструкций, которая зависит от горючести материалов, из которых они выполнены, и способности конструкций сопротивляться воздействию пожара в течение определенного времени, т.е. от ее огнестойкости; а также продолжительностью и температурой возможного пожара. 4 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Таблица 1 Исходные данные для первого пожарного отсека Длина здания Ширина здания L2, м Категория пожарной опасности здания Количество этажей 30 А 3 L1, м 114 Таблица 2 Исходные данные для второго пожарного отсека Назначение Площадь, м2 Категория склада Количество этажей Склад резинотехнических изделий 4200 В 1 Таблица 3 Исходные данные для фермы Номер Обозначение узла элемента 1 2 Р1 С1 Р2 01 02 3 Вид профиля, размеры сечения, мм Длина l, мм Марка стали 3 L 90x7 L 70x4,5 L 70x4,5 L 110x8 L 110x8 4 4193 3090 4275 2788 3000 5 Вст3 пс6 -- "" --- "" -14Г2 -- "" -- Толщина соединительной пластины б, мм 6 10 -- "" --- "" --- "" --- "" -- Усилие N, кН 7 -290 0 +255 -376 -548 Таблица 4 Исходные данные для деревянной балки покрытия Расчет ный пролет L, м 18 Размеры поперечного сечения, мм h Вб 1290 190 Полная расчетная нагрузка на балку q, кПа Шаг балок aб, м Сорт древе сины Количест во обогревае мых сторон 5,1 3 1 4 Длина балки, на которой произошло обрушение связей lрс, м 7,5 Номера узлов опирания балок и крепления элементов связи 2;5 5 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ Исследуемое здание состоит из двух пожарных отсеков. Класс функциональной пожарной опасности [2] для первого пожарного отсека – Ф 5.1; для второго пожарного отсека – Ф 5.2. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания. Здание производственное, трехэтажное, категория пожарной опасности – А. Площадь этажа S в пределах пожарного отсека равна: S = L1L2 = 114*30 = 3420 м2. В соответствии с табл. 6.1 [2] требуемая степень огнестойкости здания – I; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарного отсека здания. Здание складское, одноэтажное, категория склада – В. Площадь этажа в пределах пожарного отсека равна 4200 м2. В соответствии с табл. 6.3 [2] требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0, С1, но принимаем класс конструктивной пожарной опасности С0 (предъявляющий наиболее высокие требования к конструкциям). Требуемую степень огнестойкости для всего здания определять не требуется, так как в связи с наличием противопожарной стены между отсеками огонь не сможет перейти из одной части здания в другую, а в случае горения всего здания пожар в каждом отсеке будет рассматриваться как отдельный. Поэтому фактические показатели огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требуемым для конструкций только тех отсеков, в которых они располагаются. В соответствии с таблицей 21 [1] выберем требуемые пределы огнестойкости к основным конструкциям здания, которые запишем в табл. 2.1. 6 Таблица 2.1. Требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций здания Степень огнестойкост и здания Несущие элемент ы здания Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее Наружные Перекрытия Элементы Лестничные клетка ненесущи междуэтажны бесчердачных е стены е (в том числе покрытий чердачные и Настилы (в Фермы, Внутренни Марши и над подвалом) том числе с балки, е стены площадк утеплителем прогон и ) ы лестниц I R 120 E 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60 IV R 15 E 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15 В соответствии с таблицей 22 [1] требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания приведены в таблице 2.2. Таблица 2.2. Требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания Класс конструктивной пожарной опасности здания С0 Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже Несущие Стены Стены, Стены Марши и стержневые наружные перегородки, лестничных площадки элементы(колонны, с внешней перекрытия и клеток и лестниц в ригели, фермы и стороны бесчердачные противопожарные лестничных др.) покрытия преграды клетках К0 К0 К0 К0 К0 Далее будут определены фактические пределы огнестойкости основных строительных конструкций проектируемого здания, проведена проверка соответствия их требованиям норм, а также предложены мероприятия по повышению огнестойкости этих конструкций в случае несоблюдения условий пожарной безопасности. 7 3. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРТЫИЯ Высокая теплопроводность металла позволяет выполнить расчет стальных несущих конструкций по времени прогрева конструкции до критической температуры. Для каждого из элементов фермы следует определить величину критической температуры, то есть решить статическую задачу, а затем решить теплотехническую задачу по определению предела огнестойкости конструкции. 3.1. Статический расчет Расчет растянутых элементов заданного узла фермы Расчет производится из условия снижения прочности (предела текучести стали) до величины напряжения, возникающего в элементе от внешней (нормативной, рабочей) нагрузки). Рассматриваем узел 3 (прил. 2, рис. 1). Растянутым элементом (в соответствии с табл. 3 исходных данных) является стержень Р2. Расчет усилий, воспринимаемых элементом от нормативной нагрузки: Nn(Р2) = N(Р2) /γf = 255/1,2 = 212,5 кН; где N(i) – расчетное усилие, воспринимаемое элементом фермы, Н; γf – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке, равный 1,2. Рассчитаем коэффициент изменения предела текучести стали, соответствующий критической температуре нагрева растянутого элемента фермы: γytcr(Р2) = Nn(Pi) / (A(Pi) ⋅ Ryn) = 212,5*103/(2*6,2*10-4*245*106) = 0,699; где А(Р2) – площадь поперечного сечения элементов фермы, м2, принимают с учетом количества профилей, на которые передается усилие от внешней нагрузки. В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков (рис 3.1.1). Размеры уголка находятся в приложении 1, таблица 4. Рис. 3.1.1 Сечение элементов фермы Ryny – нормативное сопротивление стали по пределу текучести определяется в зависимости от марки стали (приложение 1, таблица 3). 8 Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба). Расчет сжатых элементов заданного узла фермы В связи с выше сказанным, расчет производится по потере устойчивости (выпучивания) сжатых элементов. Этот расчет можно провести по двум методикам: • Расчет элементов на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ. • Из условия снижения модуля упругости стали до критической величины (что приводит к недопустимому прогибу элемента). Сжатыми элементами (в соответствии с табл.3 исходных данных) являются стержни Р1, О1, О2. Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ Рассчитываем предел огнестойкости сжатых элементов фермы из условия устойчивости с учетом коэффициента продольного изгиба. Определим гибкость в вертикальном направлении прогиба элементов фермы: λx(Р1) = lx(Р1) / ix(Р1) = 4193/27,7 = 151,37; λx(О1) = lx(О1) / ix(О1) = 2788/33,9 = 82,24; λx(О2) = lx(О2) / ix(О2) = 3000/33,9 = 88,5; где lx – расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм; ix – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «х» (приложение 1, таблица 4), мм. Таблица 3.1.1 Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба Направление Расчетная длина элемента, мм прогиба Р1 О1 О2 Вертикальное lx =l = 4193 lx = l = 2788 lx = l = 3000 Горизонтальное ly = l = 4193 ly = l = 2788 ly = l = 3000 9 Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы: λy(Р1) = ly(Р1) / iy(Р1) = 4193/40,6 = 103,28; λy(О1) = ly(О1) / iy(О1) = 2788/48,7 = 57,25; λy(О2) = ly(О2) / iy(О2) = 3000/48,7 = 61,6; где ly – расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм; iy – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y» (приложение 1, таблица 4), мм. Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть: λmax(Р1) = 151,37; λmax(О1) = 82,24. λmax(О2) = 88,5. Коэффициент продольного изгиба φ элемента фермы принимается в зависимости от λmax (если λmax ≤ 40, то φ = 1; если λmax > 40, то φ = 0,95) и равен: для λmax(Р1) = 151,37> 40, φ(Р1) = 0,95; для λmax(О1) = 82,24> 40, φ(О1) = 0,95; для λmax(О2) = 88,5> 40, φ(О2) = 0,95; Таким образом, φ(Р1) = φ(О1) = φ(О2) = φ = 0,95 Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны Nn(Р1) = N(Р1) /γf = 290/1,2 = 241,67 кН; Nn(О1) = N(О1) /γf = 376/1,2 = 313,33 кН; Nn(О2) = N(О2) /γf = 548/1,2 = 456,67 кН; Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба: γytcr(Р1) = Nn(Р1)/ (A(Р1)* Ryn * φ) = 241,67*103/(2 * 12,3* 10-4 *245*106 * 0,95) = = 0,42; γytcr(О1) = Nn(О1)/(A(О1)*Ryn*φ) = 313,33*103/(2*17,2*10-4*325*106 *0,95)= = 0,3. γytcr(О2) = Nn(О2)/(A(О2)*Ryn*φ) = 456,67*103/(2*17,2*10-4*325*106 *0,95)= = 0,43. 10 Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины Для расчета определим коэффициент изменения модуля упругости стали элементов фермы: γе(Р1) = (Nn(Р1) ⋅ l2(Р1)) / (π2 ⋅ En ⋅ Jmin(Р1)) = (241,67*103*(4193*10-3)2)/(3,142 *2,06* 1011 *188,8* 10-8) = 0,908; γе(О1) = (Nn(О1) ⋅ l2(О1)) / (π2 ⋅ En ⋅ Jmin(О1)) = (313,33* 103 * (2788 * 10-3)2)/(3,142 *2,06* 1011* 395,3* 10-8) = 0,303; γе(О2) = (Nn(О2) ⋅ l2(О2)) / (π2 ⋅ En ⋅ Jmin(О2)) = (456,67* 103 * (3000 * 10-3)2)/(3,142 *2,06* 1011* 395,3* 10-8) = 0,512; где π = 3,14; En – нормативное значение модуля упругости стали, равное 2,06 ⋅ 1011 Па; Jmin – миниальное значение момента инерции поперечного сечения элемента, м4, равное: Jmin(Р1) = imin(Р1)2 ⋅ 2A(Р1) = (2,77 ⋅ 10-2)2 ⋅ (2 ⋅ 12,3 ⋅ 10-4) = 188,8 ⋅ 10-8 м4; Jmin(О1) = imin(О1)2 ⋅ 2A(О1) = (3,39 ⋅ 10-2)2 ⋅ (2 ⋅ 17,2 ⋅ 10-4) = 395,3 ⋅ 10-8 м4; Jmin(О2) = imin(О2)2 ⋅ 2A(О2) = (3,39 ⋅ 10-2)2 ⋅ (2 ⋅ 17,2 ⋅ 10-4) = 395,3 ⋅ 10-8 м4. где imin – минимальное значение радиуса инерции поперечного сечения элемента из значений ix и iy, м. По графику (приложение 2, рисунок 5) определяем числовые значения критической температуры tcr в зависимости от величин γytcr и γe (для сжатых элементов). Полученные данные сведем в таблицу 3.1.2: Таблица 3.1.2 Значения критической температуры tcr в зависимости от величин γytcr и γe Элементы фермы Растянутые Сжатые Р2 Р1 О1 О2 γytcr 0,699 0,42 0,3 0,43 γe 0,908 0,303 0,512 tcr, 0C по γytcr 400 580 620 580 tcr, 0C по γe 300 700 700 Результатом статической части расчета будут являться критические температуры рассматриваемых элементов конструкции, полученные по графику (приложение 2, рисунок 5). Для теплотехнического расчета берутся минимальные значения tcr, то есть: tcr(Р1) = 300 0C; tcr(P2) = 400 0C; tcr(О1) = 620 0C; 11 tcr(О2) = 580 0C; 3.2 Теплотехнический расчет Определим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины. Сечение элементов фермы δпр = A / U, где А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м2. В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков. Размеры уголка находятся в исходных данных. U – длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м; U = 8bf, где bf – ширина полки уголка, м. Таким образом, δпр = A / 8bf, м; δпр(P1) = A(P1) / 8bf(P1) = (2*12,3*10-4)/(8*90*10-3) = 3,4*10-3 м; δпр(Р2) = A(Р2) / 8bf(Р2) = (2*6,2*10-4)/(8*70*10-3) = 2,2*10-3 м; δпр(О1) = A(О1) / 8bf(О1) = (2*17,2*10-4)/(8*110*10-3) = 3,9*10-3 м; δпр(О2) = A(О2) / 8bf(О2) = (2*17,2*10-4)/(8*110*10-3) = 3,9*10-3 м; С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара (приложение 2, рисунок 6) определяем значения времени прогрева до критической температуры, то есть утраты их несущей способности (приложение 2, рисунок 6). Найденные значения сведем в таблицу 3.2.1. Таблица 3.2.1. Время прогрева до критической температуры элементов фермы Элемент фермы Р1 Р2 О1 О2 Время 4 5 12 11 прогрева до критической температуры t, мин Вывод: Фактический предел огнестойкости (Пф) принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть 4 мин (для элемента Р1). 12 4. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯ Фактический предел огнестойкости балки определяют по минимальному значению Пф, вычисленному из следующих трех расчетных условий. Первое условие – потеря прочности по нормальным напряжениям. Второе условие – потеря прочности по касательным напряжениям. Третье условие – потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания (Z) древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связей. Расчет по условию потери прочности по нормальным напряжениям Определять требования к балке по огнестойкости будем расчетным методом с учетом действующей на балку нормативной нагрузки. Нормативная нагрузка на 1 погонный метр длины балки: qn = q* aб / γf = 5,1* 3 / 1,2 = 12,75 кН/м. В случае, если не известна длина балки, на которой произошло обрушение связей lpc или lpc = 0,5* L, Mlpc = ql2/8 то кНм, в противном случае Mlpc = (qn/2)*(L/2-lpc)*(L/2+lpc) кНм. Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии lpc: Mlpc = (qn/2)*(L/2-lpc)*(L/2+lpc) = (12,75/2)*(18/2-7,5)*(18/2+7,5) = 157,78 кНм. Поперечная сила от нормативной нагрузки: Qn = qn ⋅ L / 2 = 12,75*18 / 2 = 114,75 кН. Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям От действия силы Qn в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения. Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям: ηw = Mlpc / (W*Rfw) = 157,78* 103 / (52,7* 10-3 *29* 106) = 0,10, где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный: W = Вб *h2 / 6 = 190* 12902 / 6 = 52,7*10-3 м3; Rfw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, МПа. Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfw), при действии нормальных напряжений. 13 По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 4, h / Вб = 1290/190 = 6,79 и ηw = 0,10 определяем, что: Zcrw = 0,25*Вб = 0,25* 190 = 47,5 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии). Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям: ηa = 3Qn / (2Bб h*Rfqs) = 3* 114,75* 103 / (2* 190* 10-3* 1290* 10-3* 1,2* 106) = 0,59; где Rfqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа. Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (σn = Rfw), при действии касательных напряжений. По номограмме (приложение 2, рисунок 7) для числа обогреваемых сторон 4. h/Вб = 1290/190 = 6,79 и ηa = 0,59 определяем, что Zcra = 0,027*1290 = 34,83 мм. Из двух значений Zcrw и Zcra, выбираем наименьшее, таким образом Zcr = 34,83 мм. Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния конструкции по огнестойкости: tcr = Zcr / V = 34,83 / 0,6 = 58,05 мин, где V - скорость обугливания древесины, (приложение 1, таблица 1). Фактический предел огнестойкости балки составляют: Пф = tзо + tcr = 5 + 58,05 = 63,05 мин = 1,05 ч где tзо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от начала воздействия температуры на древесины до ее воспламенения, равное 5 мин. Расчет по условию потери устойчивости плоской форм Потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связи. Поскольку на заданной части длинны (lpc) время утраты несущей способности стальных креплений связей tрс = 15 мин.(0,25 ч.), то за это время значение глубины обугливания поперечного сечения балки с учетом того, что время задержки обугливания (t30 = 5 мин.) можно определить, исходя из соотношения: Z1 = (tpc - tзо) *V = 10 *V = 10* 0,6 = 6 мм. 14 Для определения критического значения глубины обугливания, из условий сохранения устойчивости плоской формы (деформирования), необходимо: 1. В пределах граничных значений (Z1 = 6 мм. и Zi = 0,25*Вб = 47,5 мм.) произвольно выбрать не менее трех значений глубины обугливания: Z2 = 16 мм.; Z3 = 26 мм.; Z4 = 36 мм. 2. Определить параметры (h/Вб = 6,79) и (Zcri/h): Zcr1 /h = 6/1290 = 0,0047; Zcr2 /h = 16/1290 = 0,0124; Zcr3 /h = 26/1290 = 0,0202; Zcr4 /h = 36/1290 = 0,0279; Zcr5 /h = 47,5/1290 = 0,0368. 3. Определить по графикам значения коэффициентов ηw(i): ηw(1) = 0,95; ηw(2) = 0,8; ηw(3) = 0,66; ηw(4) = 0,52; ηw(5) = 0,44. 4. Определить значение коэффициентов (φfmi) с учетом изменения размеров поперечного сечения в середине пролета балки в результате обугливания древесины с трех сторон по формуле: φfmi = 140 *((Вб – 2* Zcri)2/lpc*(h – K* Zcri))* Kfф*Kfжмi где Kfф – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке (lpc). Таким образом коэффициент определяется по формулам: Kfф = 1,75 – 0,75 αf при lpc < 0,5L; Kfф = 1,35 + 1,45 ⋅ (с/lpc)2 при lpc = 0,5L; где αf = Mlpc / Mn; c = lpc/2; Kfжм – коэффициент, значение которого для односкатной балки приравнивается к 1; К – количество сторон балки по высоте ее сечения, подвергающихся обугливанию (при трехстороннем обогреве К=1, при четырех – К=2). αf = Mlpc / Mn = 157,78/516,4 = 0,31; Mn = q *L2 / 8 = 12,75 *182 / 8 = 516,4 кНм; Kfф = 1,75 – 0,75*0,31 = 1,52. φfw1 = 140 *((0,19 – 2* 0,0047)2/7,5*(1,29 – 2* 0,0047))* 1,52*1 = 0,72; φfw2 = 140 *((0,19 – 2* 0,0124)2/7,5*(1,29 – 2* 0,0124))* 1,52*1 = 0,61; φfw3 = 140 *((0,19 – 2* 0,0202)2/7,5*(1,29 – 2* 0,0202))* 1,52*1 = 0,51; φfw4 = 140 *((0,19 – 2* 0,0279)2/7,5*(1,29 – 2* 0,0279))* 1,52*1 = 0,41; φfw5 = 140 *((0,19 – 2* 0,0368)2/7,5*(1,29 – 2* 0,0368))* 1,52*1 = 0,32. 15 5. Вычислить величины напряжений в балке от внешней нагрузки, изменяющихся с уменьшением размеров поперечного сечения балки в результате ее обугливания на различную глубину: σfwi = Mn / (φfmi *W * ηw4(i)) σfw1 = 516,4 *103 / (0,72*52,7*10-3 * 0,95) = 14,25 МПа; σfw2 = 516,4 *103 / (0,61*52,7*10-3 * 0,8) = 20 МПа; σfw3 = 516,4 *103 / (0,51*52,7*10-3 * 0,66) = 29,17 МПа; σfw4 = 516,4 *103 / (0,41*52,7*10-3 * 0,52) = 45,5 МПа; σfw5 = 516,4 *103 / (0,32*52,7*10-3 * 0,44) = 70,48 МПа. 6. Построить график зависимости напряжения от глубины обугливания (рис. 4.1) и при значении напряжения, равном (σfw = Rfw), определить критическую глубину обугливания. Рис. 4.1 График зависимости напряжения от глубины обугливания tcr = Zcr / V = 26 / 0,6 = 43,3 мин; Пф = tзо + tcr = 5 + 43,3 = 48,3 мин. = 0,81 ч. Вывод: Фактический предел огнестойкости балки принимают значение Пф, которое наступает по третьему условию потере устойчивости плоской формы Пф = 48,3 мин. = 0,81 ч. 16 5. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ Для каждого пожарного отсека проверяемого здания в первом разделе были определены нормативные показатели огнестойкости. Проверка соблюдения условий пожарной безопасности состоит в сравнивании величин фактического предела огнестойкости с требуемым пределом огнестойкости. Необходимо сравнить данные о требуемых и фактических значениях параметров огнестойкости всех строительных конструкций здания. Строительные конструкции соответствуют требованиям норм по пределу огнестойкости при соблюдении условия: Пф≥Птр, Где : Пф – фактический предел огнестойкости, мин; Птр – требуемый предел огнестойкости, мин. Если имеется не соответствие пожарной безопасности, то необходимо провести мероприятия по повышению фактического предела огнестойкости конструкции путем огнезащитной обработки. Предусмотренные проектом строительные конструкции отвечают требованиям норм по классу пожарной опасности, если их класс пожарной опасности Кф соответствует классу пожарной опасности, установленному нормами Ктр, и в случае, если проектом предусматривается использование менее пожароопасных строительных конструкций. Таблица 5.1 Таблица проверки соответствия показателей огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций здания противопожарным требованиям Вид основных конструкций Металлические фермы покрытия Деревянные балки покрытия Требуется (допускается) Птр, Отр Стр Ктр мин Ссылка на нормы Принято в проекте Пф, мин Кф Сф Оф Основание Вывод о соответствии I C0 R30 K0 СП 2.13130 4 К0 С0 V По расчету Не соответствует IV C0 R15 K0 СП 2.13130 48,3 К0 С0 I По расчету Соответствует На основании проведенных расчетов, можно сделать вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека. 17 Деревянная балка покрытия второго пожарного отсека соответствует требованиям пожарной безопасности. Выбор и обоснование способа огнезащиты металлической фермы покрытия Без технико-экономического расчета в качестве способов огнезащиты можно принять следующие: нанесение вспучивающейся краски, фосфатного покрытия, штукатурки и другие. Требуемый предел огнестойкости фермы составляет 0,5 ч. или 30 мин. Из множества огнезащитных покрытий можно использовать ОВП-2 являются наиболее эффективным с экономической точки зрения и сможет обеспечить выполнение условия пожарной безопасности. Вывод: В соответствии с целью курсовой работы после выполнения 2-х основных частей были определены соответствия основных конструкций здания требованиям пожарной безопасности, определены фактические степени огнестойкости и класс конструктивной пожарной опасности здания. На основании данных, сделан вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека. Разработаны технические решения и предложения по повышению огнестойкости и снижению пожарной опасности. 18 ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Таблица 1 Скорость обугливания клееной древесины Наименьший размер сечения Вб, мм >120 ≤120 Скорость обугливания клееной древесины V, мм/мин 0,6 0,7 Таблица 2 Расчетное сопротивление древесины для определения фактического предела огнестойкости конструкции Напряженное состояние Условное обозначение Изгиб Скалывание вдоль волокон Rfw Rfqs Расчетное сопротивление для сортов древесины Rf, МПа 1-й 2-й 29,0 26,0 1,2 1,1 Таблица 3 Нормативные сопротивления стали Предел Марка Вид Толщина ГОСТ или ТУ стали проката проката, мм текучести Ryn,МПа 14Г2 ГОСТ 19281-73 Фасон 4-9 335 14Г2 ГОСТ 19281-73 Фасон 10-32 325 ВСт3пс6, ВСт3сп5, ГОСТ 380-71 Фасон 4-20 245 ВСт3Гпс5 ВСт3пс, ВСт3сп, ГОСТ 380-71 Фасон 21-40 225 ВСт3Гпс Примечания: 1. За толщину проката следует принимать толщину полки. 2. Модуль упругости: Е = 2,06х105 МПа. 19 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1 Таблица 4 Сортамент прокатных стальных уголков Размеры, мм в 1 50 56 63 70 75 80 90 100 110 б 2 4 5 4 5 4 5 6 4,5 5 6 7 8 5 6 7 8 9 5,5 6 7 8 6 7 8 9 6,5 7 8 10 12 14 16 7 8 Площадь А, см2 Радиусы инерции сечения, см ix 3 3,89 4,8 4,38 5,41 4,96 6,13 7,28 6,2 6,86 8,15 9,42 10,7 7,39 8,78 10,1 11,5 12,8 8,63 9,39 10,8 12,3 10,6 12,3 13,9 15,6 12,8 13,8 15,6 19,2 22,8 26,3 29,7 15,2 17,2 4 1,54 1,53 1,73 1,72 1,95 1,97 1,93 2,16 2,16 2,15 2,14 2,13 2,31 2,3 2,29 2,28 2,27 2,47 2,47 2,45 2,44 2,78 2,77 2,76 2,75 3,09 3,08 3,07 3,05 3,03 3 2,98 3,4 3,39 8 5 2,35 2,38 2,58 2,61 2,86 2,89 2,9 3,14 3,16 3,18 3,2 3,22 3,35 3,3 3,4 3,43 3,44 3,57 3,58 3,6 3,62 3,96 3,99 4,01 4,04 4,36 4,38 4,4 4,44 4,48 4,53 4,57 4,78 4,8 iy при δf', мм 10 12 6 7 2,43 2,51 2,45 2,53 2,66 2,73 2,72 2,77 2,93 3,01 2,96 3,04 2,99 3,06 3,21 3,29 3,23 3,3 3,25 3,33 3,28 3,36 3,29 3,37 3,42 3,49 3,44 3,52 3,47 3,54 3,5 3,57 4,51 3,59 3,64 3,71 3,65 3,72 3,67 3,75 3,69 3,77 4,04 4,11 4,06 4,13 4,08 4,16 4,11 4,18 4,43 4,5 4,45 4,52 4,47 4,54 4,52 4,59 4,56 4,63 4,6 4,68 4,64 4,72 4,82 4,92 4,87 4,95 14 8 2,59 2,61 2,81 2,85 3,09 3,12 3,14 3,37 3,38 3,4 3,44 3,45 3,57 3,6 3,62 3,65 3,67 3,79 3,8 3,82 3,84 4,19 4,21 4,23 4,26 4,57 4,59 4,62 4,66 4,71 4,76 4,8 5 5,02 20 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1 Продолжение таблицы 4 1 125 140 160 180 200 220 250 2 8 9 10 12 14 16 3 19,7 22 24,3 28,9 33,4 37,8 4 3,87 3,86 3,85 3,82 3,8 3,78 5 5,39 5,41 5,44 5,48 5,52 5,56 6 5,46 5,48 5,52 5,55 5,6 5,63 7 5,53 5,56 5,58 5,62 5,67 7,72 8 5,6 5,63 5,66 5,7 5,75 5,78 9 10 12 10 11 12 14 16 18 20 11 12 13 13 14 16 20 25 30 14 16 16 18 20 22 25 28 30 24,7 27,3 32,5 31,4 34,4 37,4 43,3 49,1 54,8 60,4 38,8 42,2 47,1 50,9 54,6 62 76,5 94,3 111,5 60,4 68,6 78,4 97,7 97 106,1 119,7 133,1 142 4,34 4,33 4,31 4,96 4,95 4,94 4,92 4,89 4, 87 4,85 5,6 5,59 6,22 6,21 6,2 6,17 6,12 6,06 6 6,83 6,81 7,76 7,73 7,71 7,69 7,65 7,61 7,59 6,02 6,05 6,08 6,84 6,86 6,88 6,91 6,95 7 7,04 7,67 7,69 8,48 8,5 8,52 8,56 8,65 8,74 8,83 9,31 9,35 10,55 10,59 10,62 10,67 10,72 10,78 10,82 6,1 6,12 6,15 6,91 6,93 6,95 6,98 7,03 7,07 7,11 7,74 7,76 8,55 8,58 8,6 8,64 8,72 8,81 8,9 9,37 9,42 10,62 10,65 10,69 10,74 10,79 10,85 10,89 6,16 6,19 6,25 6,97 7 7,02 7,05 7,1 7,14 7,18 7,81 7,83 8,62 8,64 8,66 8,7 8,79 8,88 8,97 9,45 9,49 10,68 10,72 10,76 10,81 10,86 10,92 10,96 6,24 6,26 6,3 7,05 7,07 7,09 7,13 7,18 7,22 7,26 7,82 7,84 8,69 8,71 8,73 8,77 8,86 8,95 9,05 9,52 9,56 10,75 10,8 10,83 10,88 10,93 10,99 11,03 21 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Графическая часть курсового проекта Рис. 1 Геометрическая схема фермы ФС–30–1,50 Д1 и схема заданного узла фермы Рис 2. Общий вид проверяемого здания 22 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 3. Поперечный разрез первого пожарного отсека проверяемого здания Рис 4. Поперечный разрез второго пожарного отсека проверяемого здания Рис 5. График зависимости температуры от предела текучести 23 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 6. График изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара 24 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 2 Рис 7. Номограммы для определения величин коэффициентов (ŋА4 ; ŋW4) при четырехстороннем обугливании балки. 25 Список литературы 1. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». 2. СП 2.13130.2020. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. 3. Мосалков И.В., Плюснина Г.Ф. Огнестойкость строительных конструкций. М: ЗАО «Спецтехника». 2001. -495 с. 4. Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». Учебное пособие по изучению дисциплины.– Иркутск.: ВСИ МВД России, 2002. – 191 с. 5. Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А. Строительные конструкции. Справочное пособие по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». – Иркутск.: ВСИ МВД России, 2001. – 73 с.
