СП СП 468.1325800.2019 Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости

СП 468.1325800.2019
​

СВОД ПРАВИЛ

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности

Concrete and reinforced concrete structures. Rules for ensuring of fire resistance and fire safety
​

Дата введения 2020-06-11
​

Предисловие

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - АО "НИЦ "Строительство" - Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им.А.А.Гвоздева (НИИЖБ им.А.А.Гвоздева)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 10 декабря 2019 г. N 790/пр и введен в действие с 11 июня 2020 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

Введение

Настоящий свод правил разработан в целях обеспечения соблюдения требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений". Кроме того, применение настоящего свода правил обеспечивает соблюдение федеральных законов от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации".

Свод правил разработан АО "НИЦ "Строительство" (руководитель работы - канд. техн. наук И.С.Кузнецова, главный консультант - д-р техн. наук, профессор А.Ф.Милованов, исполнители: В.Г.Рябченкова, Ю.С.Рянзина).

1 Область применения

Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию бетонных и железобетонных конструкций, обеспечивающие огнестойкость и огнесохранность при воздействии стандартного температурного режима пожара.

Свод правил распространяется на бетонные и железобетонные конструкции жилых, общественных и производственных зданий.

Свод правил не распространяется на:

• сталежелезобетонные конструкции;
• на конструкции из жаростойких бетонов;
• конструкции из фибробетонов;
• конструкции из полимербетонов;
• конструкции из бетонов крупнопористой структуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 15588-2014 Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75) Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования

ГОСТ 30247.1-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции

ГОСТ 31310-2015 Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем. Общие технические условия

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

ГОСТ 34028-2016 Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ Р 52544-2006 Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты (с изменением N 1)

СП 14.13330.2018 СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах

СП 20.13330.2016 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с изменениями N 1, N 2)

СП 63.13330.2018 СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 329.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила обследования после пожара

СП 432.1325800.2019 Покрытия огнезащитные. Мониторинг технического состояния

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

 

3 Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 высокотемпературное воздействие пожара: Воздействие температур свыше 200°С на строительные конструкции при пожаре, при котором возникают температурные напряжения, могут меняться физико-механические и упругопластические свойства материалов конструкций и уменьшаться работоспособное сечение элемента.

3.2 высокотемпературный нагрев: Нагрев конструкции свыше 200°С при воздействии пожара.

3.3 кратковременный высокотемпературный нагрев: Однократное высокотемпературное воздействие пожара на конструкцию продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов.

3.4 конструктивный способ огнезащиты: Облицовка объекта огнезащиты материалами или иные конструктивные решения по его огнезащите. [ГОСТ Р 53295-2009, пункт 3.6]

3.5 нормируемый (требуемый) предел огнестойкости железобетонной конструкции: Значение предела огнестойкости. [1, статья 87, таблица 21]

3.6 огнестойкость строительной конструкции: Способность строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара. [СП 2.13130.2012, пункт 3.1]

3.7 огнесохранность строительной конструкции: Способность строительной конструкции сохранять после пожара несущие и (или) ограждающие функции, характеризует состояние ремонтопригодности конструкции без ее усиления после пожара.

3.8 поврежденный слой бетона: Поврежденный пожаром, ослабленный слой бетона, легко удаляемый при простукивании поверхностей железобетонных конструкций молотком (вручную, без применения электроинструментов).

3.9 пожар: Неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. [2, глава 1, статья 1]

3.10 повышенная температура: Температура воздействия на бетонные и железобетонные конструкции в интервале от 50°С до 200°С включительно.

3.11 предел огнестойкости конструкции (заполнения проемов противопожарных преград): Промежуток времени от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных для данной конструкции (заполнения проемов противопожарных преград) предельных состояний. [1, статья 2, пункт 3.1]

3.12 предельное состояние конструкции по огнестойкости: Состояние конструкции, при котором она утрачивает способность сохранять несущие и/или ограждающие функции в условиях пожара. [ГОСТ 30247.0-94, пункт 3.3]

3.13 предел огнестойкости по потере несущей способности (R): Предельное состояние несущей строительной конструкции при пожаре вследствие ее обрушения или возникновения предельных деформаций.

Примечание - Предельные деформации определяют по ГОСТ 30247.1-94 (приложение А).

3.14 предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности (I): Предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С, или в любой другой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания.

3.15 предел огнестойкости по потере целостности (E): Предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя.

3.16 собственный предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, который обеспечивается при проектировании за счет параметров железобетонного сечения конструкции (геометрия сечения, армирование, толщина защитного слоя бетона, классы бетона и арматуры), без применения средств огнезащиты.

3.17 средство огнезащиты: Огнезащитный состав или материал, обладающий огнезащитной эффективностью и предназначенный для огнезащиты различных объектов. [ГОСТ Р 53295-2009, пункт 3.2]

3.18 стандартный температурный режим пожара: Логарифмическая зависимость "температура - длительность пожара". [ГОСТ 30247.0-94, пункт 6.1]

3.19 фактический предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, которым обладает существующая (эксплуатируемая) бетонная или железобетонная конструкция, в том числе с учетом ее технического состояния и наличия огнезащитных покрытий.

3.20 критическая температура нагрева арматуры: Температура нагрева растянутой арматуры, при которой происходит обрушение изгибаемой железобетонной конструкции при пожаре.

 

4 Общие положения по обеспечению огнестойкости железобетонных конструкций

4.1 При проектировании должны быть подтверждены пределы огнестойкости железобетонных конструкций для установления возможности их применения в зданиях и сооружениях заданной степени огнестойкости по СП 2.13130. Классификация зданий, сооружений и пожарных отсеков по степени огнестойкости и порядок определения степени огнестойкости установлены в [1, статьи 30, 87].

4.2 Согласно пожарно-технической классификации по огнестойкости [1, статья 35] различают три предельных состояния, характеризующих наступление пределов огнестойкости строительных конструкций: потеря несущей способности R, потеря теплоизолирующей способности I, потеря целостности E. Признаки предельных состояний определены в разделе 8 ГОСТ 30247.1-94.

Характеристика огнестойкости относится только к строительным конструкциям и не относится к строительным материалам. Строительные материалы характеризуются пожарной опасностью.

4.3 Нормируемые значения пределов огнестойкости строительных конструкций приведены в [1, таблица 21] в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков.

Для несущих стержневых конструкций (колонны, балки, фермы, прогоны, рамы, арки, связевые конструкции), а также для маршей и площадок лестничных клеток регламентируется один предел огнестойкости по потере несущей способности R.

Для несущих конструкций стен, плит перекрытий, настилов (в том числе противопожарных) регламентируют три предела огнестойкости: по потере несущей способности R, по потере теплоизолирующей способности I, по потере целостности E.

Для наружных несущих стен и плит покрытия регламентируются два предела огнестойкости: по потере несущей способности R и по потере целостности E.

Для наружных ненесущих стен регламентируется один предел огнестойкости по потере целостности E.

Для ненесущих внутренних стен и перегородок регламентируются два предела огнестойкости: по потере теплоизолирующей способности I и по потере целостности E.

4.4 К железобетонным конструкциям, выполняющим функции противопожарных преград, относятся противопожарные стены, перекрытия и перегородки. Огнестойкость железобетонной конструкции противопожарной преграды определяется огнестойкостью:

• ограждающей части противопожарной преграды;
• конструкций, обеспечивающих устойчивость противопожарной преграды;
• опорных конструкций для противопожарной преграды;
• узлов примыкания и сопряжения противопожарных преград со смежными конструкциями.

Нормируемые пределы огнестойкости и типы железобетонных конструкций, выполняющих функции противопожарных преград, приведены в [1, таблица 23].

Пределы огнестойкости железобетонных конструкций, обеспечивающих устойчивость, и/или опорных для противопожарной преграды, а также узлов сопряжения преград со смежными конструкциями по признаку R, а узлов примыкания - по признакам EI, должны быть не менее предела огнестойкости противопожарной преграды.

4.5 Проектирование железобетонных конструкций должно осуществляться таким образом, чтобы собственные и/или фактические пределы огнестойкости конструкций были не менее нормируемых значений [1, таблицы 21, 23]. При этом огнестойкость должна обеспечиваться за счет рационального конструирования сечения железобетонной конструкции, без применения огнезащитных средств.

Применение средств огнезащиты для железобетонных конструкций требуется в некоторых специально оговоренных случаях согласно разделу 11.

4.6 Подтверждение соответствия фактических пределов огнестойкости железобетонных конструкций нормируемым значениям производится в соответствии с [1, статья 87].

4.7 Расчетно-аналитические методы оценки огнестойкости железобетонных элементов, приведенные в настоящем своде правил, основаны на результатах многочисленных исследований и огневых испытаний.

4.8 Выполнение расчетов огнестойкости железобетонных конструкций с применением программных комплексов возможно только после апробации результатов программных расчетов огневыми испытаниями, проведенными в испытательном центре.

 

5 Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него

Бетон

5.1 Нормативные Rbn и расчетные Rb, Rb,ser сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и растяжению Rbtn, Rbt и Rbt,ser, начальный модуль упругости Eb и модуль деформации бетона при сжатии Ebτ следует принимать по действующим нормативным документам по расчету железобетонных конструкций.

При пожаре железобетонные конструкции в нагруженном состоянии подвергаются кратковременному высокотемпературному нагреву, который изменяет свойства бетона.


Изменение нормативного и расчетного сопротивлений бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывается коэффициентом условий работы бетона γbt

Rbnt = Rbn γbt; Rb,tem = Rb γbt; Rb,ser,t = Rb,ser γbt. (5.1)​

Значение коэффициента условий работы γbt принимают по средней температуре бетона при расчете

• сжатой зоны - по формулам (8.10), (8.11), (8.25)-(8.27), (8.35), (8.36);
• сжатой полки - по формуле (8.16);
• сжатого ребра - по формулам (8.17), (8.18), (8.21);
• поперечного сечения - по формуле (8.23);
• в зоне анкеровки - по формуле (8.15).

5.2 Значения коэффициентов условий работы на сжатие γbt бетонов устанавливаются экспериментально. Для тяжелых бетонов на силикатном и карбонатном заполнителях, а также для конструкционного керамзитобетона коэффициенты условий работы на сжатие γbt приведены в таблице 5.1 в зависимости от температуры нагрева бетона.

Таблица 5.1​

​

5.3 Нормативные Rbtn и расчетные Rbt и Rbt,ser сопротивления бетона растяжению при огневом воздействии также изменяются. Изменение сопротивлений бетона растяжению с увеличением температуры нагрева учитывают коэффициентом условий работы бетона на растяжение γbtn

Rbtnt = Rbtn γbtt; Rbtt = Rbt γbtt; Rbt,ser,t = Rbt,ser γbtt. (5.2)​

При расчете железобетонных элементов на действие поперечных сил по 8.24 значения коэффициента γbtt принимают по средней температуре бетона сечения, при расчете усилия в зоне анкеровки по формуле (8.15) - по температуре анкерующего стержня арматуры.

Значения коэффициента γbtt при кратковременном воздействии температур принимают по таблице 5.2.

Таблица 5.2​

​

5.4 Температуру нагрева бетона определяют теплотехническим расчетом в соответствии с разделом 6 или по приложениям А и Б. Среднюю температуру бетона сжатой зоны tbm, расположенной у обогреваемой грани сечения, допускается принимать

• при xₜ < ξR h₀ₜ - по температуре бетона, на расстоянии 0,2h₀ₜ и для плит 0,1h₀ₜ от сжатой грани сечения;
• при xₜ ≥ ξR h₀ₜ и xₜ = h₀ - на расстоянии 0,5xₜ от сжатой грани сечения.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны у необогреваемой грани сечения балки принимают по рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Средняя температура бетона сжатой зоны (у необогреваемой стороны) в балке
при трехстороннем нагреве и длительности стандартного температурного режима пожара от 30 до 240 мин​

5.5 При расчете огнестойкости изменение значения начального модуля упругости при кратковременном высокотемпературном нагреве с увеличением температуры учитывают коэффициентом βb

Ebt = Ebβb. (5.3)​

Значение коэффициента βb принимают по таблице 5.1.

5.6 При расчете огнесохранности железобетонной конструкции по предельным состояниям второй группы на продолжительное действие нагрузок значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

Ebτ = Eb/(1 + φb,cr). (5.4)​

Коэффициент ползучести бетона φb,cr после нагрева принимают по таблице 5.1.

5.7 При нагревании бетона естественной влажности его температурная деформация состоит из двух видов: обратимой - температурное расширение и необратимой - температурная усадка.

Значения коэффициентов температурной деформации расширения αbt приведены в таблице 5.3 и температурной усадки αcs - в таблице 5.4.

Таблица 5.3​

​

Таблица 5.4​

​

5.8 В таблицах 5.1-5.4 приведены данные об изменении прочностных и деформационных характеристик тяжелых бетонов на силикатном и карбонатном заполнителе, а также конструкционного керамзитобетона классов не выше В55 при кратковременном воздействии повышенных и высоких температур. Для других видов бетонов, в том числе высокопрочных бетонов, эти характеристики необходимо определять экспериментально.

5.9 Относительные деформации сжатия бетона при однозначной равномерной эпюре εb0 и при двухзначной эпюре в нормальном сечении εb2 в зависимости от вида расчета (на огнестойкость или огнесохранность) принимают по таблице 5.5.

Относительные деформации обычного тяжелого бетона на силикатном заполнителе приведены в таблице 5.5 и применимы при расчетах огнестойкости и огнесохранности сжатых элементов.

Таблица 5.5​

​

 

Арматура

5.10 Нормативные Rsn, расчетные Rₛ, Rsc значения сопротивлений арматуры и модуля упругости арматуры Eₛ при нормальной температуре следует принимать по действующим нормативным документам.

5.11 При кратковременном высокотемпературном нагреве прочностные и деформационные свойства арматуры изменяются.

5.12 Изменение сопротивления арматуры растяжению и сжатию при высокотемпературных воздействиях учитывают коэффициентом условий работы γst = γ'st по формулам:

Rsnt = Rsn γst; Rst = Rₛ γst; (5.5)

Rsct = Rsc γ'st; Rswt = Rsw γ'st. (5.6)​

5.13 Изменение модуля упругости арматуры с повышением температуры учитывают коэффициентом βₛ

Eₛₜ = Eₛ βₛ. (5.7)​

5.14 Коэффициенты условий работы арматуры определяются опытным путем для арматуры каждого вида. Экспериментально установлено, что способ производства арматуры оказывает существенное влияние на изменение ее свойств при высокотемпературном нагреве. Рекомендуемые значения коэффициентов γst и βₛ приведены в таблице 5.6 в зависимости от температуры нагрева растянутой и сжатой арматуры.

Таблица 5.6​

​

5.15 Относительные деформации удлинения арматуры εₛ₀ при достижении напряжением расчетного сопротивления определяют как упругие по формуле

εₛ₀ = Rₛₜ/Eₛₜ. (5.8)​

5.16 Коэффициент температурного расширения арматуры αₛₜ с повышением температуры возрастает и превышает коэффициент температурной деформации бетона. Коэффициенты температурного расширения арматуры αₛₜ при различных температурах нагрева приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7​

​

 

6 Основные положения теплотехнического расчета железобетонных конструкций

6.1 Для расчета предела огнестойкости железобетонных конструкций необходимо знать распределение температур по бетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного температурного режима пожара по ГОСТ 30247.0.

6.2 Решение задачи нестационарной теплопроводности сводится к определению температуры бетона в любой точке поперечного сечения элемента для конкретных промежутков времени от начала нагрева. Функциональная зависимость температуры в твердых телах от времени описывается дифференциальным уравнением теплопроводности при нелинейных граничных условиях и сложном процессе тепло- и массопереноса. Расчеты прогрева сечений железобетонных конструкций выполняют, как правило, с применением компьютерных программ.

Алгоритм расчета представляет собой систему уравнений для определения температуры в каждом узле накладываемой на сечение координатной сетки. Координатная сетка накладывается так, чтобы ее узлы располагались не только по толщине сечения, но и по его периметру. Шаг сетки рекомендуется задавать в пределах 0,01-0,03 м, но обязательно больше максимального диаметра рабочей арматуры.

6.3 Для теплотехнического расчета железобетонных элементов коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·°С), рекомендуется принимать:

• для тяжелого бетона на силикатном заполнителе

λ = 1,2 - 0,00035T, (6.1)​

• для тяжелого бетона на карбонатном заполнителе

λ = 1,14 - 0,00055T, (6.2)​

• для конструкционного керамзитобетона

λ = 0,36 - 0,00012T. (6.3)​

Удельную теплоемкость С, кДж/(кг·°С), рекомендуется принимать:

• для тяжелого бетона на силикатном или карбонатном заполнителе

С = 0,71 + 0,00083T, (6.4)​

• для конструкционного керамзитобетона

С = 0,83 + 0,00042T. (6.5)​

Приведенный коэффициент температуропроводности ared, м²/ч, характеризующий скорость нестационарного прогрева бетонного сечения конструкции, определяют по формуле

ared = λ/(C + 50W)ρ, (6.6)​

где λ и С - расчетные средние значения коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости бетона при 450°С;

ρ - плотность сухого бетона, кг/м³;
Т - температура нагрева бетона, °С;
W - весовая эксплуатационная влажность бетона, кг/кг.​

В элементах с жесткой арматурой при наличии перепада температуры по длине полок и высоте стенок жесткой арматуры необходимо учитывать теплопроводность стали. Коэффициент теплопроводности стали, Вт/(м·°С), определяют по формуле

λ = 58 - 0,0048T. (6.7)​

Удельная теплоемкость стали, кДж/(кг·°С), определяют по формуле

С = 0,48-0,00063T. (6.8)​

6.4 Приведенные теплотехнические характеристики применимы для бетонов классов по прочности на сжатие не выше В55. Для высокопрочных бетонов теплотехнические характеристики следует определять экспериментально.

6.5 Для упрощенного решения задач теплотехнического расчета в приложениях А и Б приведены изотермы прогрева типовых сечений железобетонных конструкций плит, стен, балок и колонн при одно-, двух-, трех-, и четырехстороннем нагреве в зависимости от различной длительности воздействия стандартного температурного режима пожара.

 

7 Оценка предела огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности

7.1 Расчетная оценка предела огнестойкости железобетонной конструкции по теплоизолирующей способности I для плит и стен производится путем решения теплотехнической задачи с целью определения значений температур на необогреваемой поверхности стен или плит и их сопоставления с критериальной температурой нагрева по признаку потери теплоизолирующей способности I по приложению А ГОСТ 30247.1-94.

Температура на необогреваемой поверхности конструкции стены или плиты при одностороннем огневом воздействии зависит от условий теплообмена на этой поверхности, которые характеризуются коэффициентом теплоотдачи.

В расчет вводится среднеарифметическое начального и конечного коэффициентов теплоотдачи. Начальное значение находят при повышении температуры на 1°С на необогреваемой поверхности. Конечное значение коэффициента теплоотдачи определяют при повышении температуры на необогреваемой поверхности до 160°С, т.е. при наступлении предела огнестойкости конструкции по потере теплоизолирующей способности. Затем теплотехническим расчетом находят время достижения предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности.

7.2 Предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I при одностороннем нагреве плит, стен из тяжелого бетона на силикатном и карбонатном заполнителях и из конструкционного керамзитобетона при длительности огневого воздействия до 300 мин допускается определять графически по рисунку 7.1.

Для многопустотных плит предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности следует умножать на коэффициент 0,65 (по опытным данным).

7.3 Оценка предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I бетонных и железобетонных конструкций из других видов бетонов, в том числе из высокопрочного бетона, возможна после экспериментального установления коэффициентов теплопроводности и теплоемкости при высокотемпературном нагреве для конкретного вида бетона.

1 - тяжелого бетона на силикатном заполнителе; 2 - тяжелого бетона
на карбонатном заполнителе; 3 - конструкционного керамзитобетона

Рисунок 7.1 - Предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности плит (стен)
при одностороннем воздействии стандартного температурного режима пожара​

 

8 Расчет предела огнестойкости по потере несущей способности

Основные положения

8.1 Предел огнестойкости по потере несущей способности R железобетонной конструкции наступает вследствие снижения прочностных характеристик рабочей арматуры и бетона при воздействии пожара и, как следствие, снижения несущей способности конструкции до нормативных значений усилий от нагрузки, при которых происходит обрушение конструкции при пожаре.

8.2 Расчет предела огнестойкости железобетонной конструкции по потере несущей способности R состоит из теплотехнической и статической частей.

Решение теплотехнической задачи следует производить для заданной длительности пожара. В теплотехнической части расчета определяются температуры нагрева бетона и арматуры по сечению железобетонной конструкции при заданной длительности стандартного температурного режима с целью определения коэффициентов условий работы арматуры и бетона при нагреве.

8.3 В статической части расчета производится расчет на прочность нагретой конструкции с учетом изменения свойств бетона и арматуры от температурных воздействий и специфики схем разрушения при пожаре.

Прочностной расчет базируется на общих требованиях расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы по СП 63.13330 и настоящему своду правил.

8.4 Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности R производится на нормативные нагрузки и нормативные сопротивления бетона и арматуры при огневом воздействии. При этом не учитывают ветровую, крановую, динамические и особые нагрузки, совпадение которых с пожаром маловероятно, и учет этих нагрузок вызовет экономически неоправданное усиление конструкций.

За нормативную нагрузку принимают действие постоянных и временных длительных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γ = 1 (СП 20.13330).

Схема приложения нормативной нагрузки в расчетах огнестойкости должна соответствовать принятой в проекте.

8.5 В общем случае предел огнестойкости по потере несущей способности R обеспечивается при выполнении условия

Nₙ (Mₙ) ≤ Nult,t (Mult,t), (8.1)​

где Nₙ (Mₙ) - нормативное продольное усилие или изгибающий момент от внешней нагрузки (постоянной и временной длительной);

Nult,t (Mult,t) - несущая способность (прочность) железобетонной конструкции при пожаре длительностью, равной значению R.​

Для оценки соответствия нормируемого и собственного значений предела огнестойкости по потере несущей способности R железобетонного элемента расчеты производятся из условия (8.1) с учетом длительности воздействия стандартного режима пожара, эквивалентной нормируемому пределу огнестойкости.

При необходимости определения собственного предела огнестойкости железобетонного элемента нахождение условий его предельного состояния при пожаре основано на принципе последовательных приближений для заданных значений длительности стандартного режима пожара. За собственный предел огнестойкости принимается длительность стандартного пожара, при которой удовлетворяется условие (8.1).

8.6 Поэлементный расчет огнестойкости железобетонных конструкций производится по приведенному сечению, когда сечение элемента разбивается на малые характерные участки, нагретые до различных температур, и каждый малый участок приводится к ненагретому бетону с учетом соответствующих понижающих характеристик прочности бетона. Для каждого малого участка принимают коэффициент γbt меньше 1,0 в зависимости от средней температуры нагрева бетона малого участка. Далее определяют значения Rbnt по формуле (5.1) и Rbtnt - по формуле (5.2) для каждого малого участка, которые подставляют в формулы прочности нормальных и наклонных сечений действительных размеров.

8.7 Возможно применение упрощенного метода поэлементного расчета огнестойкости железобетонных конструкций, при котором рассматривают уменьшенное поперечное сечение конструкции за вычетом толщин слоев бетона, нагретого выше критической температуры.

За критическую температуру нагрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе принимают 500°С, на карбонатном заполнителе и конструкционного керамзитобетона - 600°С (структура бетона повреждена, прочностные характеристики значительно снижены).

При применении упрощенного расчета значение коэффициента условий работы бетона на сжатие γbt принимают равным единице (γbt = 1) при нагреве бетона до критической температуры и равным нулю (γbt = 0) при нагреве бетона выше критической температуры.

При упрощенном расчете расчетная площадь уменьшенного поперечного сечения бетона конструкции ограничивается изотермой критической температуры нагрева бетона tb,cr, и коэффициент условий работы бетона γbt в уменьшенном сечении принимают равным 1,0.

При упрощенном расчете уменьшенные размеры сечений железобетонных элементов определяют по формулам (8.2)-(8.9), в формулах прочности нормальных и наклонных сечений применяют параметры: Rbn, Rbtn, bₜ, hₜ, b'ft, h'ft, Ared и h₀ₜ.

Упрощенный метод применяется для обычных и преднапряженных железобетонных конструкций с учетом воздействия осевой нагрузки, изгибающего момента и их сочетаний.

8.8 При упрощенном расчете железобетонных элементов приведенные размеры сечений принимают равными:

• при трехстороннем нагреве
  • ширина балки, колонны bₜ = b - 2aₜ, (8.2)
  • ширина полки b'ft = b'f - 2aₜ, (8.3)
  • высота полки h'ft = h'f - aₜ, (8.4)
  • высота сечения балки, колонны hₜ = h - aₜ, (8.5)
  • площадь балки Ared = 0,95(b - 2aₜ)(h - aₜ); (8.6)
• при четырехстороннем нагреве
  • высота сечения колонны hₜ = h - 2aₜ, (8.7)
  • площадь сечения колонны Ared = 0,95(b - 2aₜ)(h - 2aₜ). (8.8)

Рабочая высота сечения при нагреве со стороны сжатой зоны определяется по формуле

h₀ₜ = h₀ - aₜ. (8.9)​

Глубина прогрева бетона aₜ до критической температуры в балке от обогреваемой грани сечения при действии стандартного температурного режима пожара приведена на рисунке 8.1.

а - на силикатном заполнителе; б - на карбонатном заполнителе;
30, 45 ... 240 - длительность стандартного температурного режима пожара, мин

Рисунок 8.1 - Глубина прогрева aₜ до критической температуры tb,cr тяжелого бетона в балке
от нагреваемой грани сечения при действии стандартного температурного режима пожара​

Глубина прогрева бетона aₜ до критической температуры в колонне при четырехстороннем воздействии стандартного температурного режима пожара приведена на рисунке 8.2.

а - на силикатном заполнителе; б - на карбонатном заполнителе;
30, 60 ... 240 - длительность стандартного температурного режима пожара, мин

Рисунок 8.2 - Глубина прогрева aₜ до критической температуры тяжелого бетона
в колонне при четырехстороннем воздействии стандартного температурного режима пожара​

 

Статически определимые конструкции

Плоские изгибаемые элементы (плиты, настилы, панели)

8.9 Плоские изгибаемые железобетонные элементы, как правило, подвергаются одностороннему воздействию пожара снизу.

Экспериментально установлено, что разрушение плоских изгибаемых железобетонных плит, шарнирно опертых по двум противоположным сторонам, при одностороннем нагреве снизу происходит в результате образования пластического шарнира в середине пролета из-за снижения нормативного сопротивления арматуры растяжению до рабочих напряжений от нормативной нагрузки. Схема усилий в сечении, нормальном к продольной оси плиты в середине пролета, приведена на рисунке 8.3а.

Рисунок 8.3 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси:
балочной плиты в пролете (а) и консольной плиты на опоре (б), обогреваемых с нижней стороны​

Момент Mult,t плоского изгибаемого элемента в состоянии предельного равновесия при воздействии пожара определяют по формуле

Mult,t = Rbnt bxₜ(h₀ - 0,5xₜ) + RscrA'ₛ(h₀ - a'). (8.10)​

При этом высоту сжатой зоны определяют по формуле

xₜ = (Rsnt Aₛ - Rsct A'ₛ)/Rbnt b. (8.11)​

В сильно армированных плитах при ξ < ξR предельный момент пролетного сечения допускается определять по формуле

Mult,t = Rsnt Aₛ(h₀ - 0,5xₜ) + RsctA'ₛ(0,5xₜ - a'). (8.12)​

Высоту сжатой зоны xₜ следует определять по формуле (8.11).

8.10 Для статически определимых изгибаемых железобетонных элементов оценка предела огнестойкости по потере несущей способности R может сводиться к определению значения критической температуры нагрева растянутой рабочей арматуры ts,cr.

Критическая температура нагрева арматуры ts,cr в растянутой зоне изгибаемых железобетонных элементов, при которой образуется пластический шарнир в средней части пролета и наступает предел огнестойкости по потере несущей способности R, ориентировочно равна для арматуры без предварительного напряжения:

• горячекатаной - 500°С;
• холоднодеформированной - 400°С.

Критическое значение коэффициента условий работы растянутой арматуры при xₜ < ξR, вычисляют по формулам:

• при одиночном армировании

γst,cr = Mₙ/RₛₙAₛ(h₀ - 0,5xₜ); (8.13)​

• при двойном армировании

γst,cr = [Mₙ - RsctA'ₛ(0,5xₜ - a')]/RₛₙAₛ(h₀ - 0,5xₜ), (8.14)​

где Mₙ - момент от нормативной нагрузки;

xₜ - по формуле (8.11).​

Зная критическое значение коэффициента условий работы арматуры γst,cr, в зависимости от класса арматуры по таблице 5.6 определяют критическую температуру нагрева арматуры ts,cr.

Время наступления предела огнестойкости находят по графикам прогрева бетона плит (рисунки А.1-А.6). На вертикальной оси графика находят значение критической температуры арматуры и проводят горизонтальную прямую до пересечения с кривой нагрева бетона, расположенного на расстоянии, равном расстоянию от оси арматуры до нагреваемой поверхности плиты. Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с горизонтальной осью и находят длительность стандартного температурного режима пожара в минутах, которая будет соответствовать пределу огнестойкости по потере несущей способности R.

8.11 Предел огнестойкости по потере несущей способности R многопустотных плит принимается как для сплошных панелей с коэффициентом 0,9, установленным по результатам испытаний на огнестойкость серий многопустотных плит заводского изготовления. При толщине панелей 150-220 мм, диаметре пустот 80-160 мм и защитном слое до центра арматуры 20-40 мм коэффициенты уменьшения времени прогрева арматуры до критических температур в пустотных плитах колеблются от 0,85 до 0,92. Принятый коэффициент 0,9 является усредненной величиной уменьшения огнестойкости многопустотных панелей по признаку потери несущей способности.

Предел огнестойкости по потере несущей способности R многопустотных плит при действии равномерно распределенной нагрузки может наступать за счет образования пластических шарниров, как в пролетном сечении от действия изгибающего момента, так и в опасном наклонном сечении от действия поперечной силы.

Момент образования пластического шарнира в середине пролета определяют по формулам (8.10) и (8.12), где вместо ширины ребра b подставляют ширину сжатой полки b'f, и полученное значение момента умножают на 0,9.

Расчет огнестойкости при действии изгибающего момента в опасном наклонном сечении производится из условия (8.63) СП 63.13330.2018. Полученное значение момента умножают на коэффициент 0,9.

При огневом воздействии момент, воспринимаемый продольной арматурой, пересекающей растянутую зону наклонного сечения, определяют по формуле (8.64) СП 63.13330.2018, где усилие Nₛ, воспринимаемое анкерующим стержнем арматуры при dₛ ≤ 32 в зоне анкеровки, определяют по формуле

Nₛ = (η₁ Rbtnt lₛ uₛ / α) < RₛₙₜAₛ, (8.15)​

где η₁ - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры и равный 1,5 - для гладкой арматуры; 2,0 - для холоднодеформируемой арматуры периодического профиля; 2,5 - для горячекатаной арматуры периодического профиля;

Rbtnt - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению, определяемое по формуле (5.2), в которой коэффициент условий работы бетона на растяжение γbtt принимают в зависимости от температуры бетона, равной температуре анкерующего стержня на опоре;
Rₛₙₜ - нормативное сопротивление арматуры растяжению, определяемое по формуле (5.5), в которой коэффициент условий работы γₛₜ принимают в зависимости от температуры нагрева арматуры в зоне анкеровки при опирании плиты на железобетонный ригель или стену, равной 0,8tₛ, и при опирании на металлическую балку - tₛ;
lₛ - расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения плиты, принимаемого в качестве длины анкеровки (не менее 15dₛ и 200 мм), требуемой для передачи усилия в арматуре Nₛ на бетон;
uₛ - периметр поперечного сечения анкеруемого стержня, определяемый по его номинальному диаметру;
α - коэффициент, учитывающий влияние напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки на длину анкеровки. При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств α принимают равным 1,0 для растянутых стержней и равным 0,75 - для сжатых стержней.​

Момент, воспринимаемый хомутами в пределах растянутой зоны наклонного сечения при огневом воздействии, определяют по формуле (8.65) СП 63.13330.2018.

За предел огнестойкости многопустотной плиты принимается минимальное значение из пределов огнестойкости при образовании пластического шарнира в середине пролета и у края наклонной трещины.

8.12 Консольные плиты имеют жесткую заделку на одной опоре. При одностороннем огневом воздействии снизу прочность опорного сечения снижается, в основном, за счет нагрева до высоких температур сжатого бетона и, как следствие, уменьшения расчетной высоты сечения (рисунок 8.3, б). Расчетная высота сечения уменьшается на толщину слоя бетона aₜ, прогретого до критической температуры.

Прочность опорного сечения при действии нормативной нагрузки и огневом воздействии снизу определяют по формуле (8.10), в которой (h₀ - 0,5xₜ) заменяют на (h₀ₜ - 0,5xₜ), а значение h₀ₜ вычисляют по формуле (8.9).

Для плит из бетона классов В30 и ниже с ненапрягаемой арматурой, если полученное из расчета по формуле (8.11) значение xₜ > ξR h₀ₜ, допускается производить расчет, принимая высоту сжатой зоны xₜ = ξR h₀ₜ.

 

Стержневые изгибаемые элементы (балки, прогоны, ригели)

8.13 При пожаре балки, как правило, подвергаются трехстороннему нагреву с нижней и двух боковых поверхностей. При этом происходит нагрев растянутой и сжатой арматуры, а также бетона сжатой зоны (рисунок 8.4). Разрушение балок происходит за счет образования пластического шарнира в пролете.

При оценке предела огнестойкости по потере несущей способности R шарнирно опертой балки прямоугольного сечения Mult,t определяют по формулам (8.10) и (8.11), в которые вместо b подставляют приведенную ширину балки bₜ, вычисленную по формуле (8.2).

а - прямоугольного сечения, б - таврового сечения со сжатой
зоной в полке; в - таврового сечения со сжатой зоной в ребре

Рисунок 8.4 - Схема усилий и эпюра напряжений, возникающих в сечении, нормальном к продольной оси
изгибаемого железобетонного элемента, от трехстороннего огневого воздействия пожара, при расчете на огнестойкость​

8.14 Прочность тавровых и двутавровых изгибаемых элементов определяют в зависимости от положения сжатой зоны:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке (рисунок 8.4,б), т.е. соблюдается условие​

RₛₙₜAₛ < Rbnt b'ft h'ft + Rsct A'ₛ, (8.16)​

значение Mult,t определяют по формулам (8.10) и (8.12) как для прямоугольного сечения шириной b'ft, где ширина полки b'ft, - по формуле (8.3);

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рисунок 8.4, в), т.е. условие (8.15) не соблюдается, значение Mult,t определяют по формуле​

Mult,t = Rbnt bₜ xₜ (h₀ - 0,5xₜ) + Rbn(b'ft - bₜ)h'ft(h₀ - 0,5h'ft) + Rsct Aₛ(h₀ - a'), (8.17)​

при этом высоту сжатой зоны бетона xₜ при нагреве определяют по формуле​

xₜ = [RₛₙₜAₛ - Rscr A'ₛ - Rbn(b'ft - bₜ)h'ft] / Rbnt bₜ. (8.18)​

8.15 В балках, армированных разными классами сталей, при многорядном армировании арматура рядов разных уровней будет нагреваться неодинаково. В этом случае при ξ < ξR значение Mult,t определяют по формуле

Mult,t = ∑RₛₙₜAₛ(h₀ - 0,5xₜ) + ∑Rsct A'ₛ(0,5xₜ - a'). (8.19)​

8.16 Критическая температура нижней растянутой арматуры статически определимой балки при ξ < ξR определяет наступление предела огнестойкости по потере несущей способности.

Критическое значение коэффициента условия работы растянутой арматуры вычисляют:

• в балках прямоугольного сечения при одиночной арматуре (без учета сжатой арматуры) - по формуле (8.13);
• в балках прямоугольного сечения с учетом сжатой арматуры - по формуле (8.14);
• в балках таврового сечения, когда граница сжатой зоны проходит в ребре, по формуле

γs,cr = (Mₙ - A - B) / Rₛₙ Aₛ(h₀ - 0,5xₜ); (8.20)

A = Rbnt[bₜ xₜ(h₀ - 0,5xₜ) - h'ft(h₀ - 0,5h'ft)]; (8.21)

B = Rsct Aₛ(h₀ - a'). (8.22)​

Значения высоты сжатой зоны xₜ при пожаре определяют по формулам (8.11), (8.18), приведенной ширины балки bₜ - по формуле (8.2), ширины полки b'ft - по формуле (8.3).

Зная критическое значение коэффициента условий работы арматуры γst,cr, в зависимости от класса арматуры, по таблице 5.6 определяют критическую температуру нагрева арматуры ts,cr, для крайнего стержня арматуры в балке. Зная расстояние от оси арматуры до нижней и боковой поверхностей балки, на графиках прогрева балок (рисунки Б.7-Б.22) находят ту схему прогрева балки, в которой температура бетона равна критической температуре оси арматуры крайнего стержня. На этой схеме сверху будет указана длительность стандартного пожара, которая соответствует пределу огнестойкости балки по потере несущей способности R.

При промежуточных значениях температуры ts,cr на схемах прогрева балок предел огнестойкости определяется по линейной интерполяции.

 

Сжатые элементы (колонны, стены)

8.17 Отдельно стоящие колонны, как правило, подвергаются воздействию пожара с четырех сторон. Колонны, находящиеся в стенах, могут подвергаться огневому воздействию пожара с одной, двух и трех сторон.

При расчете огнестойкости колонн ветровые и крановые нагрузки (при их наличии) не учитывают.

Огневое воздействие вызывает неравномерное распределение температуры в бетоне по поперечному сечению колонны. Периферийные слои бетона прогреваются значительно больше, чем внутренние, что приводит к снижению прочности и сильному развитию деформаций бетона у краев сечения колонны. Менее нагретый бетон центральной части сечения обладает большей прочностью и меньшей деформативностью. Разрушение колонн происходит по менее нагретому, более прочному бетону при деформации сжатия, близкой к предельной.

В арматуре, расположенной у краев сечения колонны, при высоких температурах нагрева развиваются большие пластические деформации, и она перестает воспринимать усилия от внешней нагрузки, которые передаются на менее нагретый бетон в центральной части колонны.

8.18 Расчет по прочности при четырехстороннем огневом воздействии прямоугольных сечений внецентренно сжатых колонн с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения, при эксцентриситете продольной силы e₀ ≤ h/30 и гибкости λ = l₀/hₜ ≤ 20 производят по формуле

Nult,t ≤ φ(Rbnt Ared + Rsct As,tot), (8.23)​

где Ared - приведенная площадь сечения, которую определяют по формуле (8.8);

As,tot - площадь всей продольной арматуры в сечении.​

8.19 Коэффициент продольного изгиба φ колонн прямоугольного и круглого сечений при нагреве следует принимать в зависимости от отношения расчетной длины колонны l₀ к приведенным высоте hₜ или диаметру dₜ по таблице 8.1.

Таблица 8.1​

​

Площадь приведенного круглого сечения

Ared = 0,785dₜ² = 0,785(d - 2aₜ)². (8.24)​

Приведенную высоту сечения колонны hₜ определяют по формуле (8.5) или (8.7).

Глубину прогрева бетона aₜ для круглой колонны находят по рисунку 8.2, принимая dₜ = 0,9bₜ, и найденное значение aₜ умножают на коэффициент 1,11.

8.20 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых колонн при огневом воздействии производят из условия

Nₙ · e ≤ Rbnt bₜ xₜ(h₀ₜ - 0,5xₜ) + Rsct A'ₛ(h₀ - a'). (8.25)​

Высоту сжатой зоны определяют по формуле (рисунок 8.5)

• при ξ = xₜ/h₀ₜ ≤ ξR

xₜ = (Nₙ + Rsnl Aₛ - Rsct Aₛ)/Rbnt bₜ; (8.26)​

• при ξ = xₜ/h₀ₜ > ξR

xₜ = [Nₙ + Rsnt Aₛ(1 + ξR)/(1 - ξR) - Rsct A'ₛ] / [Rbnt bₜ + 2Rsnt Aₛ/h₀ₜ(1 - ξR)]. (8.27)​

При четырехстороннем воздействии пожара приведенную рабочую высоту сечения определяют по формуле h₀ₜ = h - a - aₜ.

Приведенную ширину bₜ в формулах (8.25)-(8.27) определяют по формуле (8.2).

8.21 Эксцентриситет или расстояние от точки приложения продольной силы Nₙ до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры колонны при огневом воздействии определяют по формуле

e = e₀η + 0,5(h₀ - a') + eₜ. (8.28)​

Первые два слагаемых в формуле (8.28) определяются по пункту 8.1.14 СП 63.13330.2018 с учетом изменения прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры при нагреве. При этом модуль упругости бетона Ebt определяют по формуле (5.3) в центре тяжести приведенного сечения, модуль упругости арматуры Est - по формуле (5.7).

eₜ - дополнительный эксцентриситет (или прогиб) от огневого воздействия при одно-, двух- или трехстороннем неравномерном нагреве по высоте сечения внецентренно сжатой колонны определяют по формуле

eₜ = a(αₛₜ tₛ - αbt tb)l₀²/8h₀ₜ. (8.29)


а - при трехстороннем; б - при четырехстороннем обогреве и расчете на огнестойкость

Рисунок 8.5 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном
к продольной оси внецентренно сжатого железобетонного элемента​

При четырехстороннем нагреве eₜ = 0.

Для колонн с несмещающимися заделками на двух концах (без поворота) l₀ = 0,5l; а=0,55.

Для колонн с несмещающимися заделками на двух концах с податливым ограниченным поворотом l₀ = 0,8l; а=0,7.

Для колонн с шарнирными опорами на двух концах l₀ = l; а=1,0.

Коэффициент αbt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона менее нагретой сжатой грани сечения и αₛₜ - по таблице 5.7 в зависимости от температуры арматуры у нагреваемой грани.

8.22 Эксцентриситет, или расстояние от точки приложения продольной силы Nₙ до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры колонны при четырехстороннем огневом воздействии, допускается определять по формуле

e = e₀ / [(π²Eb1 Jred/Nₙ l₀²) - 1], (8.30)​

где Eb1 - определяют по формуле (12.7);

Jred - по формуле (8.125) СП 63.13330.2018 с учетом формулы (12.6).​

8.23 Расчет огнестойкости колонн при косвенном армировании следует выполнять по формуле (8.23) или (8.25), подставляя в них вместо Rbn приведенную призменную прочность бетона Rbn,red, определенную с учетом влияния огневого воздействия на нормативные сопротивления арматурной стали сетки или спирали.

8.24 Железобетонные несущие стены сплошного сечения гибкостью λ ≤ 83 (l₀/hₜ ≤ 24) при одностороннем огневом воздействии, с жесткими несмещаемыми опорами, когда продольная сжимающая сила приложена с начальным или случайным эксцентриситетом со стороны обогреваемой поверхности, работают на внецентренное сжатие. Предел огнестойкости по потере несущей способности наступает при прогибе стены, направленном в необогреваемую сторону.

Прогиб от неравномерного нагрева стены по высоте сечения в расчете не учитывают, так как он направлен в обогреваемую сторону и уменьшает эксцентриситет приложения продольной сжимающей силы.

8.25 При одностороннем огневом воздействии и с жестким опиранием стены прочность внецентренно сжатых плоских элементов при приложении продольной силы с большим эксцентриситетом (рисунок 8.6), когда ξ = xₜ/h₀ₜ ≤ ξR, определяют по формулам (8.25)-(8.27), в которых вместо bₜ принимают b=1000 мм.

а - расчетные размеры стены; б - схема разрушения стены при одностороннем
огневом воздействии; в - схема сечения стены при расчете огнестойкости

Рисунок 8.6 - Железобетонная стена с ограниченным поворотом опорных сечений​

8.26 В условиях пожара двухсторонний обогрев железобетонной стены не всегда происходит. В случае одновременного нагревания с двух сторон в железобетонной стене практически не возникает температурного прогиба (эксцентриситета eₜ), и стена работает на сжатие. Предел огнестойкости по потере несущей способности R такой стены будет выше, чем при одностороннем нагреве.

 

Растянутые элементы

8.27 В несущих конструкциях ферм и арок присутствуют железобетонные элементы, которые работают на центральное и внецентренное растяжения. Как правило, эти элементы во время пожара обогреваются со всех сторон.

8.28 Оценку предела огнестойкости по потере несущей способности R растянутых прямоугольных железобетонных элементов при всестороннем огневом воздействии производят из условия

Nₙ ≤ Nult,t, (8.31)​

где Nₙ - продольная растягивающая сила от нормативной внешней нагрузки;

Nult,t - предельное значение продольной силы, которое может быть воспринято элементом, определяемое по формуле​

• при центральном растяжении

Nult,t = ∑Rₛₙₜ Aₛₜₒₜ, (8.32)​

где Aₛₜₒₜ - площадь сечения всей продольной растянутой арматуры;​

• при внецентренном растяжении и продольной силе, приложенной между усилиями в арматуре S и S' (рисунок 8.7а)

Nₙ e ≤ Rₛₙₜ A'ₛ(h₀ - a'); (8.33)

Nₙ e' ≤ Rₛₙₜ Aₛ(h₀ - a'); (8.34)​

• при продольной силе, приложенной за пределами расстояния между усилиями в арматуре S и S' (рисунок 8.7, б)

Nult,t e ≤ Rbnt bₜ xₜ(h₀ₜ - 0,5xₜ) + Rsct A'ₛ(h₀ - a'). (8.35)


а - продольная сила приложена между усилиями в арматуре Aₛ и A'ₛ;
б - продольная сила приложена за пределами расстояния между усилиями в арматуре Aₛ и A'ₛ

Рисунок 8.7 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно
растянутого железобетонного элемента, при четырехстороннем воздействии пожара при расчете огнестойкости​

Высота сжатой зоны при нагреве xₜ равна

xₜ = (Rₛₙₜ Aₛ - Rsct A'ₛ - Nₙ) / Rbnt bₜ. (8.36)​

Если xₜ > ξR h₀ₜ, в формулу (8.39) подставляют xₜ = ξR h₀ₜ.

Эксцентриситет продольной силы или расстояние е от растягивающей продольной силы до равнодействующей усилий в арматуре определяют по формуле (8.28) без коэффициента η, так как нет дополнительного продольного изгиба от растягивающей силы, и без дополнительного эксцентриситета продольной силы eₜ, так как при всестороннем огневом воздействии нет дополнительного выгиба от неравномерного нагрева.

Железобетонные элементы при действии поперечных сил

8.29 Расчет огнестойкости по потере прочности железобетонных элементов при действии поперечных сил в условиях огневого воздействия проводят на основе модели наклонных сечений по 8.1.31-8.1.34 СП 63.13330.2018. При этом в формулах вместо значения b принимают значение bₜ (рисунок 8.8), определяемое по формуле (8.2). Значения коэффициентов условий работы γbt и γbtt принимают по средней температуре бетона поперечного сечения.

Рисунок 8.8 - Схема усилий при расчете железобетонных элементов по наклонному
сечению на действие поперечных сил при трехстороннем нагреве
​

Расчет железобетонных элементов на продавливание

8.30 При одностороннем воздействии пожара снизу расчет на продавливание плоских железобетонных элементов (плит) производят согласно 8.1.46 СП 63.13330.2018 с учетом нормативных сопротивлений растяжению бетона Rbtnt и поперечной арматуры Rswt.

Учет влияния высокотемпературного воздействия на бетон производят по формуле (5.2). При этом значение коэффициента условий работы бетона на растяжение при нагреве γbtt принимают по среднеарифметическому значению средних температур нагрева бетона элементарных участков, на которые разбивают сечение плиты по высоте (рисунок 8.9).

Учет влияния высокотемпературного воздействия на поперечную арматуру производят по формуле (5.9). Коэффициент условий работы арматуры при нагреве γst принимают по таблице 5.6 для максимального значения температуры поперечной арматуры.

1 - расчетное поперечное сечение; 2 - контур расчетного поперечного сечения;
3 - температурная кривая нагрева бетона по высоте плиты; 4 - средняя
температура элементарного участка; 5 - пирамида продавливания

Рисунок 8.9 - Условная модель для расчета плиты на продавливание при одностороннем огневом воздействии снизу​

 

Статически неопределимые конструкции

8.31 В статически неопределимых изгибаемых элементах из монолитного железобетона (плитах, балках, ригелях и колоннах) предел огнестойкости по потере несущей способности R необходимо определять с учетом жесткости узлов сопряжения элементов и специфики схем разрушения. В многопролетных многоэтажных зданиях и сооружениях при локальном пожаре в одном пролете или на одном этаже взаимодействие отдельных монолитно сопряженных элементов может приводить к возникновению дополнительных усилий в других пролетах, где пожар не происходил.

8.32 Усилия в статически неопределимой конструкции от нагрузки и огневого воздействия при пожаре определяют по формулам строительной механики как в упругой системе.

Перемещения в основной системе, вызванные воздействием температуры в i-м направлении, равны

Δit = ∑∫̥ˡMᵢ(1/r)ₜₓ dx + ∑∫̥ˡNᵢ εₜₓ dx, (8.37)​

где Mᵢ и Nᵢ - изгибающий момент и продольная сила в сечении x-элемента основной системы от действия в i-ом направлении соответствующей единичной силы;

(1/r)ₜₓ, εₜₓ - температурные кривизна и деформация x-элемента, вызванные огневым воздействием.​

8.33 Температурный изгибающий момент от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента, заделанного на опорах, а также в замкнутых рамах кольцевого, квадратного и прямоугольного очертаний, имеющих одинаковое сечение, определяют по формуле

Mₜ = (1/r)ₜD, (8.38)​

где (1/r)ₜ - температурная кривизна;

D - жесткость сечения в предельной по прочности стадии.​

Продольные температурные деформации в железобетонном элементе могут вызывать напряжения сжатия при несмещаемых опорах и увеличение эксцентриситета сжимающей силы в колоннах от температурного удлинения ригеля.

8.34 В элементах статически неопределимых железобетонных конструкций от силовых и огневых воздействий происходит перераспределение усилий. Расчет в упругой системе является базовым для учета перераспределения усилий методом предельного равновесия.

Перераспределение усилий происходит от развития пластических деформаций арматуры в бетоне, образования и раскрытия трещин в момент исчерпания несущей способности элемента системы. Усилия в каждом элементе конструкции ограничены предельными условиями, с достижением которых деформации этих элементов могут значительно возрастать, образовывая пластические шарниры. Пластические шарниры превращают статически неопределимую конструкцию в статически определимую, в которой рост деформаций происходит без возрастания усилий. Статически неопределимую конструкцию в состоянии предельного равновесия следует представлять разделенной на части пластическими шарнирами.

8.35 В статически неопределимом изгибаемом железобетонном элементе, заделанном на опорах, от одностороннего огневого воздействия снизу возникает отрицательный температурный момент Mₜ, который приводит к образованию пластических шарниров (трещин) на опорах, где моменты от нагрузки и температурного перепада по высоте сечения суммируются (рисунок 8.10).

а - момент от равномерно распределенной нагрузки; б - температурный момент от огневого воздействия;
в - моменты, действующие в элементе перед образованием первых пластических шарниров на опорах;
г - суммарный момент при образовании пластического шарнира в пролете

Рисунок 8.10 - Моменты в статически неопределимом элементе​

8.36 Температурные усилия влияют на образование пластических шарниров, но значения температурных моментов снижаются на 50% из-за развития пластических деформаций бетона и арматуры, нагретых до высоких температур. Момент образования пластического шарнира на опоре определяется по формуле

Mош = Mₒ + 0,5Mₜ, (8.39)​

где Mош - момент образования опорного пластического шарнира;

Mₒ и Mₜ - опорные моменты от нагрузки и нагрева соответственно.​

В пролете момент от нагрузки снижается из-за образования температурного момента другого знака. После образования опорных пластических шарниров железобетонный элемент превращается в статически определимую конструкцию. Температурный момент в пролете уменьшается, и остается только момент от нагрузки. Полное разрушение элемента происходит при образовании пластического шарнира в середине пролета, когда резко увеличиваются пластические деформации арматуры при более высоких значениях нагрузки и температуры нагрева, чем в статически определимой балке.

8.37 Снижение прочности опорных сечений происходит из-за прогрева сжатого бетона и арматуры до высоких температур.

При трехстороннем нагреве опорного сечения статически неопределимых балок бетон сжатой зоны нижней и боковых граней сечения, нагретый до температуры выше критической, выключается из работы. Прочность опорных сечений снижается, в основном, за счет нагрева бетона сжатой зоны до критической температуры и, вследствие этого, уменьшения рабочей высоты сечения (рисунок 8.11).

Глубина прогрева бетона aₜ до критической температуры у нагреваемых граней сечения балки находится по рисунку 5.1.

Рисунок 8.11 - Схема усилий и эпюра напряжений в опорном сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого статически
неопределимого железобетонного элемента, при трехстороннем обогреве сжатой зоны при пожаре и расчете огнестойкости​

8.38 Прочность пролетных сечений снижается от нагрева растянутой арматуры до критической температуры.

Разрушение сечений происходит от снижения нормативного сопротивления нагретой арматуры до рабочих напряжений. Преждевременного разрушения сжатой зоны пролетных сечений до начала увеличения пластических деформаций арматуры не происходит, так как она находится под действием меньших усилий, чем до начала огневого воздействия. Прочность пролетных сечений статически неопределимых железобетонных балок при трехстороннем огневом воздействии вычисляют по формуле (8.10).

8.39 Предел огнестойкости по потере несущей способности R статически неопределимого изгибаемого элемента обеспечивается при выполнении условий:

• в пролетном сечении

Mₙ ≤ Mult,t, (8.40)​

где Mₙ - нормативный изгибающий момент от внешней нагрузки (постоянной и временной длительной);

Mult,t - несущая способность железобетонной конструкции при пожаре длительностью, равной значению предела огнестойкости по потере несущей способности R;​

• в опорном сечении

Mₒ + 0,5Mₜ ≤ Mult,t, (8.41)​

где Mₒ - нормативный момент от внешней нагрузки в опорном сечении (постоянной и временной длительной);

Mₜ - температурный изгибающий момент, определяемый по формуле (8.38).​

8.40 При проектировании статически неопределимых изгибаемых конструкций предел огнестойкости по потере несущей способности R рассчитывают следующим образом.

8.40.1 Устанавливают вид огневого воздействия на несущий элемент и значение нормируемого предела огнестойкости по потере несущей способности.

8.40.2 Из статического расчета для каждого элемента от действия нормативных постоянных и временных длительных нагрузок находят их неблагоприятное сочетание.

8.40.3 Теплотехническим расчетом или по приложениям А и Б от воздействия стандартного пожара длительностью (в минутах), соответствующей значению нормируемого предела огнестойкости, находят значения температур нагрева и коэффициентов условий работы бетона и арматуры в поперечном сечении элемента.

8.40.4 Производят расчет по прочности пролетного сечения элемента из условия (8.40). Если условие прочности пролетного сечения соблюдается, то производят расчет по прочности для опорного сечения элемента.

8.40.5 Определяют температурные моменты в опорных сечениях изгибаемых элементов, суммируют их с моментами от нагрузки и проверяют условие прочности опорного сечения (8.41).

8.40.6 Если условия прочности (8.40) и (8.41) выполняются, то предел огнестойкости статически неопределимого элемента обеспечен. Если одно из условий не выполняется, то производят перерасчет огнестойкости с внесением изменений в конструкцию сечения элемента, для которого условие прочности не выполняется (путем увеличения толщины защитного слоя, диаметра арматуры и т.д.).

8.41 В общем случае расчет предела огнестойкости по потере несущей способности статически неопределимой конструкции осуществляется методом предельного равновесия в зависимости от схемы разрушения системы в целом, когда она превратится в кинематический механизм.

8.42 При расчете на прочность сечений железобетонных элементов в условиях огневого воздействия возможно применение метода конечных элементов.

Несущую способность элемента в нормальном расчетном сечении определяют суммой несущей способности отдельных конечных элементов (бетонных и арматурных), на которые разбивается сечение. Оценка несущей способности каждого элемента (бетонного и арматурного) основывается на предварительном выявлении степени изменения прочностных и деформативных свойств бетона и арматуры в сечении рассматриваемого элемента при заданной длительности температурного воздействия в условиях стандартного пожара. При этом прочность и деформативность бетона и арматуры в каждом конечном элементе устанавливают по температуре в центре элемента, который одновременно является узлом координатной сетки, накладываемой на поперечное сечение конструкции при определении температурного поля по 6.2.

В расчете учитываются только конечные бетонные элементы, расположенные в сжатой зоне. Конечные арматурные элементы учитываются полностью, независимо от расположения в сжатой или растянутой зонах сечения.

Высота сжатой зоны сечения в первом приближении задается значением, равным (0,4-0,5)h₀, и в дальнейшем корректируется на основе условия предельного равновесия конструкции в рассматриваемом промежутке времени воздействия стандартного температурного режима пожара.

8.43 При проверке прочности сечений статически неопределимых железобетонных элементов в условиях огневого воздействия допускается использовать упрощенный метод расчета, когда в сечении железобетонного элемента не учитывается слой бетона, нагретый свыше критической температуры нагрева бетона по 8.7.

8.44 В поэлементном расчете огнестойкости воздействие температурных деформаций учитывается только в поперечном сечении вследствие появления температурного градиента от неравномерного нагрева по толщине конструкций, а воздействием осевого или плоскостного температурного расширения пренебрегают. Граничные условия на опорах и в пролетах конструкций считаются неизменными в течение всего пожара и принимаются из статического расчета конструкций при нормальной температуре (проектные усилия).

 

Расчет плиты безбалочного перекрытия

8.45 Для безбалочного железобетонного перекрытия в виде плоской плиты сплошного сечения с жестким опиранием на колонны, при одностороннем воздействии пожара снизу предел огнестойкости определяют методом предельного равновесия путем расчета прочности на излом по продольной и поперечной полосам (рисунок 8.12).

При расчете на излом отдельной поперечной или продольной полосы плиты предполагается, что в рассматриваемой полосе плиты образуются линейные пластические шарниры, параллельные оси этой полосы: один линейный пластический шарнир в пролете с раскрытием трещины снизу плиты и по одному линейному пластическому шарниру у колонн с раскрытием трещин сверху плиты.

а - с образованием параллельных краю плиты пластических шарниров;
б - с образованием перпендикулярных краю пластических шарниров;
1 - линейный пластический шарнир около колонн с раскрытием трещины сверху плит;
2 - линейный пластический шарнир в середине пролета с раскрытием трещины снизу плиты

Рисунок 8.12 - Схема излома плиты в безбалочном перекрытии при одностороннем воздействии пожара снизу​

В консольном свесе плиты, выступающем за крайний ряд колонн, принимается, что пластический шарнир не образуется, если свес консоли не более 0,25l₁. Если свес консоли больше, то производят дополнительный расчет по формуле (8.42) на излом плиты у консоли колонн с образованием дополнительного пластического шарнира, параллельного краю перекрытия.

Для конструкций, симметричных относительно середины рассматриваемой полосы, проверку прочности средних панелей ведут из условия

ql₂(l₁ - 2c)²/8 ≤ 0,5Rₛₙ Aₛₗ zₗ + Rₛₙₜ Aₛ₁ z₁ + 0,5Rₛₙ A'ₛₗ z'ₗ, (8.42)​

где q - интенсивность нормативной постоянной и временной длительной нагрузок, равномерно распределенных по полосе на 1 пог.м с коэффициентом перегрузки γf = 1;

l₁, l₂ - расстояния между рядами колонн в перпендикулярном направлении и вдоль рассматриваемой полосы (рисунок 8.12);
c - расстояние от крайних пластических шарниров до ближайших к ним рядов колонн;
Aₛₗ, A'ₛₗ - площади верхней растянутой арматуры в левом и правом опорных пластических шарнирах в пределах одной плиты;
Aₛ₁ - площадь нижней растянутой арматуры в среднем пролетном пластическом шарнире в пределах одной плиты;
zₗ, z₁, z'ₗ - плечи внутренней пары сил в левом, среднем и правом пластических шарнирах соответственно, которые определяют по формуле​

zₗ = h₀ - 0,5xi,t, (8.43)​

где высота сжатой зоны в правом и левом опорных пластических шарнирах определяется по формулам​

xI,t = Rₛₙ Aₛₗ / Rbnt l₂; x'I,t = Rₛₙ A'ₛₗ / Rbnt l₂. (8.44)​

В формуле (44) Rbnt определяют по формуле (5.1), принимая значения γbt по таблице 5.1 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны. Допускается значение γbt принимать равным единице при замене h₀ на h₀ₜ, которое определяют по формуле (8.9).

Высота сжатой зоны в среднем пролетном пластическом шарнире равна

x1,t = Rₛₙ Aₛ₁ / Rbnt l₂. (8.45)​

В формуле (8.44) Rₛₙₜ определяют по формуле (5.5), принимая значения γₛₜ по таблице 5.6 в зависимости от температуры арматуры на уровне ее оси.

Температуру бетона и арматуры определяют теплотехническим расчетом или по приложениям А и Б для требуемого предела огнестойкости.

Если условие (8.42) выполняется, то требуемый предел огнестойкости обеспечен. Сжатую арматуру в пластических шарнирах не учитывают.

При применении квадратных или прямоугольных в плане капителей с наклоном нижней части капители не менее 45° расчет на излом плит производят при расположении опорных пластических шарниров по месту перелома очертания капителей. При этом в формуле (8.42) значение c = lₖ/2, где lₖ - длина капители.

Плиты, опертые по контуру

8.46 При одностороннем огневом воздействии снизу огнестойкость плит перекрытия, работающих в двух направлениях и монолитно связанных с балками, определяют кинематическим способом метода предельного равновесия. Предполагают, что плита разламывается на плоские звенья, соединенные между собой по линиям излома пластическими шарнирами (рисунок 8.13).

a - схема излома плиты; б - направления действия предельных моментов;
1-4 - номера звеньев; 1', 2' - шарниры соответственно пролетные и опорные

Рисунок 8.13 - К расчету плиты, опертой по контуру​

При равномерно распределенной нагрузке и неизменном по длине пролета армировании предел огнестойкости плиты определяют из условия

(ql₁²/12)(3l₂ - l₁) ≤ 2M̅̅₁ + 2M̅̅₂ + M̅̅I + M̅̅'I + M̅̅II + M̅̅'II, (8.46)​

где l₁ и l₂ - меньший и больший пролеты плиты;

q - нормативная постоянная длительная и временная равномерно распределенная нагрузка на 1 м² плиты.​

Моменты в пролете плиты определяют по формулам

M̅̅₁ = Aₛ₁ Rₛₙₜ₁ z₁; M̅̅₂ = Aₛ₂ Rₛₙₜ₂ z₂. (8.47)​

Моменты на опорах плиты определяются по формулам

M̅̅I = Aₛₗ Rₛₙₗ zₗ ; M̅̅II = Aₛₗₗ Rₛₙₗₗ zₗₗ ;

M̅̅'I = A'ₛₗ Rₛₙₗ z'ₗ ; M̅̅'II = A'ₛₗₗ Rₛₙₗₗ z'ₗₗ , (8.48)​

где Aₛ₁ - площадь сечения стержней, пересекающих пролетные пластические шарниры, параллельных короткой стороне плиты;

Aₛ₂ - то же, для стержней, параллельных длинной стороне плиты;
Aₛₗ - площадь сечения растянутой арматуры, расположенной вдоль пролета l₂, в сечении I-I;
A'ₛₗ - площадь сечения растянутой арматуры, расположенной вдоль пролета l₂, в сечении I'-I';
Aₛₗₗ - площадь сечения растянутой арматуры, расположенной вдоль пролета lₗ в сечении II-II;
A'ₛₗₗ - площадь сечения растянутой арматуры, расположенной вдоль пролета lₗ, в сечении II'-II';
z₁, z₂ - плечи внутренних пар сил в пролетных пластических шарнирах, вычисляются по формуле (8.43), в которой x₁ определяют по формуле (8.45), а при вычислении x₂ в формуле (8.44) значения Aₛ₁ заменяют на Aₛ₂, l₂ на l₁;
zₗ, z'ₗ, zₗₗ, z'ₗₗ - плечи внутренних пар сил в опорных пластических шарнирах, вычисляют по формуле (8.43), в которой xₗ и x'ₗ определяют по формуле (8.44). При вычислении xₗₗ и x'ₗₗ в формуле (8.43) значения Aₛₗ и A'ₛₗ заменяют соответственно на Aₛₗₗ и A'ₛₗₗ, значение l₂ на l₁.​

При определении значений Aₛ₁ и Aₛ₂ стержни, отогнутые или оборванные до пересечения с пролетными шарнирами, не учитывают (рисунок 8.14), а оборванные или отогнутые только у одной из опор и пересекающие пролетные шарниры одним из концов вводят в расчет с половинной площадью.

1 - линия обрыва или отгиба стержней; 2 - не учитываемые в работе стержни

Рисунок 8.14 - К определению Aₛ₁ и Aₛ₂ для плиты, защемленной по контуру​

Если арматуру обрывают (отгибают) на расстоянии a₁ от длинной и a₂ от короткой сторон, необходимо дополнительно производить проверку по несущей способности плиты при изломе по схеме, приведенной на рисунке 8.15, из условия

q(l₁ l₂ - l₁ a₂ + 4/3 a₁ a₂) ≤ (2M̿₁ + M̅̅I + M̅̅'I)/a₁ + (2M̿₂ + M̅̅II + M̅̅'II)/a₂, (8.49)​

где M̿₁ = Rsnt1 A̿ₛ₁ zₛ₁; M̿₂ = Rsnt2 A̿ₛ₂ zₛ₂;

A̿ₛ₁, A̿ₛ₂ - площади доходящей до опор части растянутой арматуры, параллельной соответственно короткой и длинной сторонам плиты.​

Если условие (8.46) или (8.49) соблюдаются, то требуемый предел огнестойкости плиты обеспечен.

Рисунок 8.15 - Возможная схема излома плиты при обрыве или отгибе арматуры​

 

Потери предварительного напряжения в арматуре при нагреве

8.47 При высокотемпературном нагреве во время пожара происходят дополнительные потери предварительного напряжения в арматуре от температурной усадки и ползучести бетона на уровне продольной арматуры, релаксации напряжений в арматуре при нагреве, разности температурных деформаций бетона и арматуры и снижения модуля упругости арматуры при нагреве.

Учет дополнительных потерь предварительного напряжения в арматуре необходим при расчете деформаций и при решении вопроса дальнейшего использования изгибаемых элементов после пожара (пункт 9.9 СП 329.1325800.2017).

При температурном воздействии бетон на уровне продольной арматуры интенсивно прогревается, происходит температурная усадка бетона. Деформация температурной усадки тяжелого бетона даже при кратковременном нагреве больше, чем при нормальной температуре. Значение дополнительных потерь предварительного напряжения от температурной усадки бетона при пожаре допускается принимать равным Δσsp,t,sh = 40 МПа.

Дополнительные потери предварительного напряжения от релаксации напряжений в арматуре при нагреве за счет развития пластических деформаций зависят от значения напряжений в арматуре и температуры ее нагрева. Потери предварительного напряжения в арматуре от релаксации напряжений за 1-3 ч нагрева допускается принимать равными

Δσsp,t,1 = 0,001Δt'ₛ σₛₚ, (8.50)​

где Δt'ₛ - разность между температурой нагрева арматуры при пожаре и температурой при натяжении;

σₛₚ - предварительное напряжение в арматуре принимается с учетом всех потерь при нормальной температуре.​

Дополнительные потери предварительного напряжения от разности температурных деформаций бетона и арматуры учитываются только при нагреве и принимаются равными

Δσsp,t,1 = (αₛₜ - αbt)Δtₛ Eₛₜ, (8.51)​

где значения коэффициента αbt определяют по таблице 5.3, коэффициента αₛₜ - по таблице 5.7, Eₛₜ - по формуле (5.7) в зависимости от температуры нагрева арматуры. В охлажденном состоянии после нагрева дополнительные потери предварительного напряжения от разности температурных деформаций бетона и арматуры не учитываются, т.к. при остывании конструкции после пожара эти деформации обратимы.

Дополнительные потери предварительного напряжения в арматуре, вызванные быстро натекающей ползучестью бетона при нагреве, зависят от напряжений в бетоне на уровне продольной арматуры. Их допускается принимать равными 10σbp, где σbp - сжимающие напряжения в бетоне на уровне продольной арматуры.

В железобетонных конструкциях из бетона классов В30 и выше, имеющих предварительное напряжение уровней σₛₚ = (0,5 - 0,7)Rₛ, после пожара потери предварительного напряжения σsp,t в стержневой арматуре допускается определять

• классов А500, А600

σₛₚ = 84 - 0,4tₛ; (8.52)​

• класса А800

σₛₚ = 87 - 0,39tₛ; (8.53)​

• класса А1000

σₛₚ = 92 - 0,26tₛ; (8.54)​

• в проволочной арматуре классов Вр1200-Вр1500 и канатной К1400, К1500

σₛₚ = 89 - 0,27tₛ, (8.55)​

где σsp,t ≥ 0 - остаток предварительного напряжения в арматуре, % исходного значения при изготовлении преднапряженной конструкции;

tₛ > 20 - температура арматуры при пожаре, °С.​

Из формул (8.52)-(8.55) следует, что во время пожара от температурного воздействия происходит полная потеря предварительного напряжения в стержневой арматуре класса А600 при нагреве свыше 210°С, класса А800 - свыше 220°С, класса А1000 - свыше 350°С, в проволочной арматуре классов Вр1200-Вр1500 и канатной К1400, К1500 - свыше 330°С.

Потери предварительного напряжения в арматуре при ее нагреве выше температуры, при которой происходит полная потеря предварительного напряжения при пожаре, в охлажденном состоянии после пожара не восстанавливаются.

При нагреве арматуры ниже температуры, при которой во время пожара происходит полная потеря предварительного напряжения, в охлажденном состоянии после пожара может наблюдаться некоторое восстановление потерь предварительного напряжения в арматуре из-за обратимости дополнительных потерь от разности температурных деформаций арматуры и бетона.

8.48 Расчет огнестойкости предварительно напряженных железобетонных конструкций производится по СП 63.13330 с учетом 8.47.