СП СП 468.1325800.2019 Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости

9 Оценка предела огнестойкости по целостности

9.1 Предел огнестойкости по целостности Е характеризуется по образованию сквозных отверстий или трещин в бетоне железобетонных конструкций вследствие его хрупкого (взрывообразного) разрушения при пожаре либо за счет нарушения структуры бетона в конструкциях в результате прогрева бетона по толщине элемента до критической температуры.

Возможность наступления предела огнестойкости по целостности Е оценивается экспериментально или аналитически.

9.2 В плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двухстороннем нагреве предел огнестойкости по целостности с образованием сквозных трещин наступает при прогреве бетонного сечения по всей толщине элемента до критической температуры нагрева бетона, когда полностью нарушается структура бетона. Оценка возможности потери целостности за счет возникновения прогрева бетона по сечению выше критической температуры при пожаре производится путем анализа температур прогрева элементов по всему сечению (приложения А, Б). Критические температуры нагрева бетона приведены в 8.7.

9.3 Хрупкое взрывообразное разрушение при пожаре возникает в бетонных и железобетонных конструкциях из тяжелого бетона на силикатном заполнителе с влажностью более 3,0%-3,5%, карбонатном заполнителе с влажностью более 4%, из легкого конструкционного керамзитобетона с влажностью более 5% и плотностью более 1200 кг/м³, высокопрочного бетона класса В60 и выше, а также в плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двустороннем нагреве бетона в расчетном сечении выше критической температуры нагрева.

Хрупкое взрывообразное разрушение бетона начинается, как правило, через 5-15 мин от начала огневого воздействия, длится в течение 20-45 мин от начала огневого воздействия, проявляется в виде отколов от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона (лещадей) площадью от 1 см² до 0,5-1 м² и толщиной до 15 мм, сопровождается звуковым эффектом в виде треска различной интенсивности или "взрыва". Отрыв лещадей в одной и той же зоне конструкции может неоднократно повторяться с интервалом 5-15 минут, что приводит к уменьшению толщины сечения конструкции, интенсивному нагреву арматуры, выходу из плоскости и пережогу оголенных арматурных стержней.

9.4 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре приводит к снижению предела огнестойкости за счет:

• уменьшения размера бетонного сечения конструкции,
• увеличения напряжений в поврежденной части сечения,
• уменьшения толщины или полного разрушения защитного слоя бетона,
• интенсивного прогрева оголенной арматуры свыше критической температуры,
• образования трещин и сквозных отверстий в тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40-100 мм (стенки двутавровых балок, плиты перекрытий и покрытий, полки ребристых плит).

Причиной хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре является образование трещин в структуре бетона и их переход в неравновесное спонтанное развитие под воздействием внешней нагрузки неравномерного нагрева и фильтрации пара по толщине сечения элемента.

9.5 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре зависит от вида заполнителя, пористости, влажности, физических свойств бетона и скорости нагрева при пожаре.

9.6 При проектировании следует оценивать возможность возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре и его влияние на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать меры по борьбе с хрупким разрушением бетона конструкции в целом.

Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении соответствующих мероприятий.

Оценку возможности возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона в железобетонной конструкции при пожаре допускается производить по рисунку 9.1 по напряжениям сжатия независимо от вида бетона.

Рисунок 9.1 - Зависимость хрупкого разрушения бетона от напряжений сжатия в бетоне и толщины элемента​

Общая оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре

9.7 Общая расчетная оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре может быть произведена только на стадии разработки и подбора его состава при известных сырьевых вещественных компонентах.

Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F, который определяется по формуле

F = a(αbtEbtρ/K'₁λП)Wэ, (9.1)​

где а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16·10⁻² Вт·м⁵⁄²/кг;

αbt - коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/°С;
Ebt - модуль упругости нагретого бетона, МН/м² (1 МН/м² = 1 МПа = 10 кгс/см²);
ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³;
K'₁ - коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, МН·м⁻³⁄²;
П - общая пористость, м³/м³;
λ - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°С), определяют по формулам (6.2), (6.3), (6.4) для температуры бетона 200°С;
Wэ - объемная эксплуатационная влажность бетона, м³/м³.​

Значения коэффициентов αbt, Ebt и λ определяют по таблицам 9.1-9.3 для средней температуры бетона 200°С-300°С.

Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt нормального твердения в зависимости от вида и содержания в нем крупного заполнителя приведен в таблице 9.1.

Таблица 9.1​

​

Модуль упругости нагретого до температур 200°С-300°С бетона в зависимости от проектного класса бетона на сжатие приведен в таблице 9.2.

Таблица 9.2​

​

Коэффициент теплопроводности бетона λ для средней температуры 200°С-300°С в зависимости от вида и содержания крупного заполнителя приведен в таблице 9.3.

Таблица 9.3​

​

Общая пористость П бетона с плотным заполнителем в зависимости от В/Ц и расхода цемента Ц приведена в таблице 9.4.

Таблица 9.4​

​

Общую пористость бетона с плотным заполнителем П можно определять по формулам:

• для В/Ц ≥ 0,4

П = Ц(В/Ц - 0,2)·10⁻³; (9.2)​

• для В/Ц < 0,4

П = В/ЦЦ · 0,8 · 10⁻³. (9.3)​

Для бетона с пористым заполнителем общая пористость П' увеличивается на значение пористости заполнителя П₃, умноженное на относительное объемное содержание заполнителя в бетоне V₃, т.е. в этом случае

П' = П + V₃П₃, (9.4)​

где П' - общая пористость бетона с пористым заполнителем;

V₃ - относительное объемное содержание заполнителя в бетоне;
П₃ - общая пористость заполнителя.​

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений K'₁ для бетона на портландцементе принимают по таблице 9.5 в зависимости от вида и количества заполнителей.

Таблица 9.5​

​

Эксплуатационная объемная влажность бетона Wэ с плотными заполнителями определяется как его средняя равновесная влажность по формуле

Wэ = Wb ρ · 10⁻³, (9.5)​

где Wb - равновесная влажность бетона по массе, кг/кг;

ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³.​

Влажность бетона по массе Wb принимается по таблице 9.6 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха φ, при которой будет эксплуатироваться рассматриваемая конструкция, и от расхода цемента.

Таблица 9.6​

​

При применении пористых заполнителей влажность бетона следует увеличивать на значение

Wээ = V₃ Wb3 · ρ · 10⁻³; (9.6)​

где Wээ - часть эксплуатационной объемной влажности бетона, обусловленная наличием в нем крупного пористого заполнителя, м³/м³;

V₃ - относительный объем пористого заполнителя в бетоне;
ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³;
Wb3 - равновесная влажность заполнителя по массе, кг/кг.​

Для керамзита среднюю равновесную влажность Wb3 по массе принимают по таблице 9.7 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха φ помещения, где будут эксплуатироваться бетонные или железобетонные конструкции.

Таблица 9.7​

​

Относительную расчетную влажность воздуха φ в помещениях жилых зданий принимают равной 75%.

Относительную расчетную влажность воздуха в помещениях промышленных зданий принимают в зависимости от влажности воздуха в помещении по таблице 9.8.

Таблица 9.8​

​

При эксплуатации железобетонных конструкций во влажных условиях или в первый месяц влажного твердения бетона, когда все поры и капилляры заполнены водой, максимальную равновесную влажность бетона определяют по формуле

Wb,max = П ρw/ρ₁, (9.7)​

где П - пористость бетона;

ρw - плотность воды, равная 1000 кг/м³;
ρ₁ - плотность бетона естественной влажности.​

Наибольшая влажность бетона наблюдается непосредственно после изготовления железобетонной конструкции, по мере твердения бетон высыхает. Поэтому необходимо рассматривать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре как во время строительства и пуска объекта в эксплуатацию, так и в процессе эксплуатации сооружения в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха.

По значению критерия F устанавливают возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.

При F ≤ 4 бетон не будет подвержен хрупкому взрывообразному разрушению при пожаре, и дополнительные мероприятия по защите конструкций от хрупкого разрушения при пожаре не требуются.

При 4 < F < 6 бетон подвержен хрупкому разрушению при пожаре в конструкциях с напряжениями сжатия от длительной нормативной нагрузки в крайнем сжатом волокне бетона или в элементах толщиной менее 4 см. Необходима дальнейшая проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции в соответствии с 9.9.

При F ≥ 6 хрупкое разрушение бетона при пожаре неизбежно. Необходимо проведение мероприятий в соответствии с 9.14, 9.15.

9.8 Вывод о возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре в ненесущих конструкциях делают на основании средних значений критической влажности бетонов по массе Wbᶜʳ, равных

• 3% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из гранита;
• 4% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из карбонатных пород;
• 5% - для легкого конструкционного бетона с крупным пористым заполнителем;
• 2% - для тяжелых силикатных бетонов.

Если эксплуатационная влажность бетона Wэ меньше критической влажности бетона по массе, умноженной на плотность бетона: Wэ < Wbᶜʳ · ρ · 10⁻³, то хрупкое разрушение бетона при пожаре не происходит.

 

Проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции при пожаре

9.9 Бетон со значениями критерия 4 < F < 6 проверяют на возможность хрупкого разрушения в конструкции при пожаре, если в процессе эксплуатации от длительной нормативной нагрузки в железобетонной конструкции присутствуют сжимающие напряжения в крайнем волокне бетона со стороны воздействия пожара.

Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре оценивается следующим образом.

От длительной нормативной нагрузки определяют значение сжимающих напряжений σcж в крайнем сжатом волокне бетона, которое при пожаре может подвергнуться воздействию огня.

Вычисляют значение объемной критической влажности бетона Wbᶜʳ по формуле

Wbᶜʳ = cRbtnП / λ(1 + 0,15 · σb/Rbtn), (9.8)​

где с - коэффициент пропорциональности, равный 0,58 Вт·м/(МН·°С);

П - общая пористость бетона, м³/м³;
Rbtn - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению, МН/м²;
λ - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°С);
σb - сжимающее расчетное напряжение от длительной нормативной нагрузки на поверхности конструкции, которая при пожаре может подвергнуться воздействию огня, МН/м².​

Для бетонов, прошедших тепловлажностную обработку, полученное значение Wbᶜʳ следует уменьшать в 1,4 раза.

Значение Wbᶜʳ сравнивают со значением эксплуатационной объемной влажности Wэ, определяемой по формуле (9.5).

Если Wэ > Wbᶜʳ , то бетон в конструкции хрупко разрушается при пожаре. В этом случае необходимо проводить мероприятия по защите бетона от хрупкого разрушения при пожаре по 9.14, 9.15 или снижать сжимающие напряжения в бетоне до значения n · σb.

Значения понижающего коэффициента n в зависимости от относительных сжимающих напряжений в крайнем волокне бетона приведены в таблице 9.9.

Таблица 9.9​

​

Если Wэ < Wbᶜʳ, то бетон такой конструкции не разрушается хрупко при пожаре.

9.10 Для оценки хрупкого разрушения бетона в несущих конструкциях при пожаре можно применять средние значения критической влажности бетона по массе, как указано в 9.8. При этом значение критической влажности бетона по массе следует умножать на соответствующее значение коэффициента n в зависимости от относительных сжимающих напряжений в крайнем волокне бетона, подвергнутом нагреву, при длительной нормативной нагрузке.

9.11 Если для бетона значения критерия находятся в пределах 4 < F < 6, то минимальная толщина элемента конструкции принимается по таблице 9.10 в зависимости от относительных сжимающих напряжений.

Таблица 9.10​

​

Значение критерия хрупкого разрушения бетона F зависит от физических свойств бетона, которые незначительно отличаются для разных составов, и от объемной эксплуатационной влажности бетона, которая существенно влияет на значение этого критерия. Чем больше влажность бетона, тем больше значение критерия хрупкого разрушения и тем больше опасность возможности хрупкого разрушения бетона во время пожара.

9.12 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций, как правило, задается проектный класс бетона, а его вещественный состав не регламентируется. Следовательно, определение критерия хрупкого разрушения бетона на стадии проектирования не представляется возможным.

С учетом вышесказанного, на стадии проектирования необходимо вводить четкие ограничения влажностных условий эксплуатации железобетонных конструкций. Если эксплуатационная влажность конструкций задается выше критических значений влажности бетона по массе Wbᶜʳ, приведенных в 9.8, то необходима разработка мероприятий по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре.

9.13 Для балок, плит и растянутых элементов при влажности бетона выше критических значений влажности по массе Wbᶜʳ влияние взрывообразного разрушения бетона на предел огнестойкости по потере несущей способности R ориентировочно учитывается следующим образом: локальное разрушение защитного слоя бетона принимается адекватным утрате одного арматурного стержня или одного ряда стержней, наиболее близко расположенных к нагреваемым граням в поперечном сечении элемента (в зависимости от схемы армирования элемента или конструкции: для плитных конструкций - 1 стержень рабочей арматуры, для балок - наиболее обогреваемый ряд стержней), с дальнейшей проверкой потери несущей способности сечения. Температура прогрева остальных арматурных стержней принимается без учета разрушения защитного слоя бетона.

Такая проверка не требуется для конструкций, отсутствие взрывообразного разрушения для которых проверено экспериментально, или для которых применяется дополнительное огнезащитное покрытие, прошедшее соответствующие испытания.

Мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре

9.14 Бетонные и железобетонные конструкции, запроектированные из бетона со значением критерия хрупкого разрушения F > 4, конструкции из высокопрочного бетона классов В60 и выше, а также конструкции, эксплуатация которых предусматривается в условиях повышенной влажности (подземные конструкции, тоннели и т.п.) более 3%, требуют разработки и выполнения мероприятий по защите от хрупкого взрывообразного разрушения при пожаре.

9.15 Мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре подразделяют на 3 группы:

I - ликвидирующие хрупкое разрушение бетона при пожаре;
II - снижающие вероятность хрупкого разрушения;
III - профилактические.​

9.16 К I группе мероприятий, ликвидирующих хрупкое разрушение бетона при пожаре, относятся:

• проектное ограничение эксплуатационной влажности в помещении до значений, при которых в случае пожара хрупкое разрушение бетона не происходит, и систематический контроль (мониторинг) влажности в помещениях в процессе эксплуатации здания или сооружения;
• установка в поверхностном нагреваемом слое конструкции противооткольной сетки на расстоянии ≥ 15 мм от нагреваемой поверхности. При этом применяются сетки из проволоки диаметром ≤ 4 мм с шагом ячеек ≤ 75 мм;
• применение огнезащитных штукатурных покрытий на основе перлита и вермикулита толщиной не менее 20 мм с их нанесением на защищаемую бетонную поверхность по арматурной сетке. При этом толщина огнезащитного покрытия должна быть обоснована расчетом или соответствующими испытаниями с учетом собственного предела огнестойкости железобетонной конструкции;
• применение добавки полипропиленовой микрофибры в бетон в количестве не менее 1 кг/м³. При этом следует учитывать снижение прочностных характеристик бетона за счет введения добавки полипропиленовой микрофибры. Опытные данные о процентном снижении прочности на сжатие и растяжение при изгибе обычного тяжелого бетона на гранитном заполнителе класса В45 с добавкой полипропиленовой микрофибры в количестве 1 кг/м³ по отношению к прочности аналогичного бетона без добавки микрофибры в охлажденном состоянии после нагрева приведены в таблице 9.11. Полипропиленовая микрофибра не является конструкционной и выполняет исключительно функцию защиты от хрупкого разрушения бетона при пожаре.

Таблица 9.11​

​

9.17 К II группе мероприятий, снижающих вероятность хрупкого разрушения бетона, относятся:

• применение крупных заполнителей с низкими коэффициентами линейного температурного расширения (известняка, базальта, диабаза вместо гранита);
• замена части (не менее 1/3) или полностью природного песка на песок из известняка, базальта, диабаза, сиенита или диорита;
• применение бетонов с шамотным заполнителем;
• применение составов бетонов с ограниченным расходом вяжущего (портландцемента не более 400 кг на 1 м³ бетонной смеси) и повышенными значениями водоцементного отношения (В/Ц ≥ 0,5);
• применение бетонов с легкими заполнителями;
• применение бетонов на основе шлакопортландцемента.

9.18 К III группе профилактических мероприятий относятся:

• повышение уровня пожарной безопасности путем обеспечения возможности ликвидации пожара на начальной стадии;
• применение в железобетонных конструкциях арматуры той же площади, но из стержней меньшего диаметра;
• применение поперечных сечений конструкций без выступающих углов (например, колонн круглого поперечного сечения или со срезанными углами вместо колонн прямоугольного или квадратного поперечного сечения).

Возможно применение иных мероприятий по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре при соответствующем опытном обосновании.

Взрывообразное разрушение высокопрочного бетона

9.19 В практике строительства известно, что высокопрочные бетоны классов В60 и выше наиболее подвержены хрупкому взрывообразному разрушению при пожаре при содержании в них микрокремнезема более 6% массы цемента.

9.20 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов применимы следующие способы защиты от хрупкого разрушения при пожаре:

• применение бетонов с содержанием микрокремнезема менее 6% (ограничение содержания микрокремнезема должно быть указано в проектной документации);
• применение типа высокопрочного бетона, для которого экспериментально (путем огневых испытаний крупногабаритных плитных конструкций) установлено отсутствие хрупкого разрушения бетона при нагреве;
• дополнительное конструктивное армирование защитного слоя бетона со стороны обогреваемой поверхности противооткольной сеткой по 9.16. Толщина защитного слоя до рабочей арматуры должна составлять >40 мм;
• нанесение на обогреваемую бетонную поверхность огнезащитного покрытия с соответствующим экспериментальным обоснованием целесообразности;
• добавление в бетонную смесь не менее 1 кг/м³ моноволокнистой полипропиленовой микрофибры.

Возможно применение иного экспериментально подтвержденного метода.

 

10 Конструктивные требования, повышающие огнестойкость железобетонных конструкций

10.1 Бетон и железобетон - негорючие (НГ), стойкие к огневому и тепловому воздействию строительные материалы. Нормируемые пределы огнестойкости железобетонных конструкций следует обеспечивать путем рационального проектирования и конструирования.

10.2 Основные параметры, оказывающие влияние на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, - вид бетона, вяжущего и заполнителя, классы бетона и арматуры, тип конструкций, форма и размеры поперечного сечения, количество и расположение арматуры по сечению конструкции, толщина защитного слоя бетона, условия нагревания конструкции при пожаре, нагрузка и влажность бетона.

10.3 Обеспечение требуемого предела огнестойкости железобетонной конструкции следует достигать рациональным подбором толщины защитного слоя бетона. С увеличением толщины защитного слоя бетона увеличивается предел огнестойкости железобетонной конструкции.

10.4 При толщине защитного слоя бетона более 40 мм следует предусматривать установку противооткольной сетки из проволоки диаметром 2-4 мм с ячейками 40-75 мм на расстоянии 15-20 мм от нагреваемой поверхности. Противооткольную сетку следует фиксировать к нижней рабочей арматуре плит и конструктивной арматуре по периметру сечения балок.

10.5 Колонны большего поперечного сечения с меньшим процентом армирования лучше сопротивляются воздействию пожара, чем колонны меньшего поперечного сечения с большим процентом армирования.

10.6 Косвенное армирование колонн сетками или спиралями повышает предел огнестойкости в среднем на 20%.

10.7 В железобетонных колоннах с продольной арматурой в количестве более четырех стержней вдоль одной грани сечения нецелесообразно устанавливать всю арматуру около обогреваемой поверхности. Для повышения предела огнестойкости колонн рабочую арматуру следует устанавливать в максимально возможном удалении от обогреваемой поверхности, ближе к ядру сечения колонн, если это позволяют усилия.

10.8 Предел огнестойкости по потере несущей способности R колонн и балок с жесткой арматурой, расположенной в середине сечения, значительно больше аналогичных конструкций со стержневой арматурой, расположенной у нагреваемой поверхности.

10.9 В балках, при расположении арматуры разного диаметра и на разных уровнях, арматуру большего диаметра следует располагать дальше от нагреваемой поверхности при пожаре.

10.10 Для повышения предела огнестойкости балок следует регулировать форму их сечения: предпочтительнее широкие и низкие балки, а не узкие и высокие. Рабочую арматуру балок следует предусматривать в количестве более трех стержней и размещать ее в несколько рядов с максимально возможным удалением арматуры от обогреваемых поверхностей.

10.11 На опорах между соседними балками и между балкой и стеной должен быть зазор для обеспечения свободного удлинения балки при нагреве.

10.12 В плитах с двухрядным армированием следует предусматривать вертикальную поперечную конструктивную арматуру или вертикальные хомуты, связывающие верхний и нижний ряды арматуры.

10.13 В монолитных железобетонных перекрытиях по стальному профилированному настилу следует применять в качестве несъемной опалубки профилированный настил. Арматуру в гофрах рекомендуется соединять с профилированным настилом во избежание его отслоения от бетона при пожаре.

Для повышения огнестойкости многопролетных плит из монолитного железобетона на стальном профилированном настиле до R150 в первом крайнем пролете плиты следует увеличивать площадь арматуры на 30% сверх расчета, сечение арматуры на первой промежуточной опоре предусматривать в 2 раза больше, чем в первом пролете.

10.14 Трубобетонные колонны рекомендуется проектировать с учетом внешней металлической трубы-обоймы в качестве несъемной опалубки, без ее учета в работе колонны.

При включении металлической обоймы в работу колонны следует применять средства огнезащиты. При выборе средства и толщины огнезащиты не следует допускать нагрев металлической обоймы свыше 400°С.

10.15 Предел огнестойкости железобетонных конструкций зависит от их статической схемы работы. Влияние статической неопределимости конструкций на предел огнестойкости учитывается при соблюдении следующих требований:

• не менее 20% требуемой на опоре верхней арматуры должно проходить над серединой пролета;
• верхняя арматура над крайними опорами неразрезной системы должна заводиться на расстояние не менее 0,4l в сторону пролета от опоры и затем постепенно обрываться (l - длина пролета);
• вся верхняя арматура над промежуточными опорами должна продолжаться к пролету не менее чем на 0,15l.

10.16 Проектирование узлов сопряжения конструкций должно основываться на общей оценке поведения конструкций при пожаре. Детализация узлов сопряжения элементов должна быть выполнена таким образом, чтобы они соответствовали нормируемым критериям огнестойкости R, E, I для сопрягаемых конструкций, и обеспечивали достаточную устойчивость всей конструктивной системы при пожаре.

Для обеспечения теплоизолирующей способности ширина зазоров в узлах сопряжения элементов должна быть не более 20 мм, а глубина зазора - не более половины минимальной толщина b сопрягаемого элемента (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1 - Размеры зазоров в узлах сопряжения железобетонных элементов​

Для зазоров шириной более 20 мм и при необходимости применения изоляционных материалов, их огнестойкость должна быть документально подтверждена результатами соответствующих испытаний.

Для обеспечения требуемой огнестойкости швов в железобетонных конструкциях их заполнение следует выполнять с применением негорючих материалов с низкой теплопроводностью.

10.17 При применении в стеновых панелях или перекрытиях горючего утеплителя следует предусматривать его огнезащиту по периметру с применением негорючих материалов.

10.18 Засыпка, стяжка и покрытие пола из негорючих материалов при теплотехническом расчете могут быть включены в общую толщину плиты при оценке предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I.

10.19 Изгибаемые элементы с заделкой на опорах следует рассматривать как неразрезные системы.

10.20 При проектировании статически неопределимых конструкций, оценку соответствия собственного предела огнестойкости нормируемому значению следует проводить расчетами огнестойкости, т.к. проведение огневых испытаний технически сложно в части воспроизведения жестких узлов сопряжения конструкций (испытания, как правило, проводятся при шарнирной схеме опирания конструкций).

10.21 Если собственный предел огнестойкости существующей железобетонной конструкции не соответствует нормируемому значению, его следует увеличивать за счет применения огнезащитного покрытия.

10.22 При проектировании и конструировании железобетонных статически определимых конструкций с позиций обеспечения огнестойкости возможно применение таблиц раздела 14.

 

11 Средства огнезащиты для железобетонных конструкций

11.1 Огнезащита для бетонных и железобетонных конструкций применяется в случаях, если:

• собственный или фактический предел огнестойкости существующей конструкции не соответствует нормируемому пределу огнестойкости;
• в процессе реконструкции и/или изменения класса функциональной пожарной опасности при функциональном перепрофилировании зданий и сооружений, при котором повышаются требования к пределам огнестойкости железобетонных конструкций;
• необходимо обеспечение нормируемого предела огнестойкости поврежденной пожаром или дефектной конструкции, подлежащей усилению;
• необходимо обеспечение мероприятий по защите от хрупкого (взрывообразного) разрушения при пожаре;
• в процессе проектирования невозможно обеспечить нормируемый предел огнестойкости за счет конструирования собственного сечения железобетонной конструкции в связи с ограничением геометрических параметров сечений. Это, в основном, касается стержневых элементов конструкций, стенок двутавровых и тавровых балок, тонких плитных конструкций и т.п.

11.2 Выбор способа и толщины средства огнезащиты зависит от:

• собственного или фактического предела огнестойкости конструкции, а также от значения приращения огнестойкости, необходимого для обеспечения соответствия конструкции нормируемому пределу огнестойкости;
• температурно-влажностных условий эксплуатации защищаемой конструкции;
• вида защищаемой конструкции (колонна, балка, плита и т.д.);
• специфических требований обеспечения стойкости средства огнезащиты (механическая прочность, стойкость к агрессивным средам, вибрационным, ударным воздействиям, истиранию и т.п.);
• выбора приемлемого в условиях существования конструкции способа нанесения или устройства средства огнезащиты;
• сейсмического района расположения объекта защиты (с учетом СП 14.13330);
• архитектурных и эстетических требований.

11.3 Основные способы конструктивной огнезащиты бетонных и железобетонных конструкций:

• применение огнезащитных штукатурных составов;
• устройство облицовок плитами или листами из огнезащитных материалов;
• применение рулонных материалов на основе базальта или минерального волокна;
• обетонирование конструкций;
• обкладка кирпичом или легкобетонными блоками.

Возможны другие способы огнезащиты железобетонных конструкций при соответствующем экспериментальном обосновании их надежности и долговечности.

11.4 Применение штукатурных огнезащитных покрытий - традиционный способ огнезащиты бетонных и железобетонных конструкций.

Известково-цементная штукатурка толщиной 15 мм, гипсовая толщиной 10 мм, перлитовая или вермикулитовая толщиной 5 мм, теплоизоляция из минерального волокна толщиной 5 мм эквивалентны увеличению на 10 мм толщины защитного слоя тяжелого бетона (установлено экспериментально).

При толщине огнезащитного покрытия более 30 мм, его нанесение необходимо осуществлять по проволочной сетке диаметром 2-3 мм с ячейкой не более 100x100 мм, установленной в середине толщины покрытия и точечно закрепленной анкерами в бетон конструкции.

Преимущества штукатурных покрытий - долговечность и возможность локального ремонта.

Недостаток штукатурных покрытий - увеличение веса железобетонной конструкции с огнезащитной штукатуркой.

Эффективная толщина штукатурных покрытий: от 1 до 4 см. Способ нанесения - ручной или методом торкретирования.

Применение облегченных напыляемых штукатурных огнезащитных покрытий на гипсовой и цементной основах объемным весом не более 450 кг/м³ - эффективный способ конструктивной огнезащиты. Штукатурные напыляемые составы огнезащитных покрытий наносятся механизированным способом и могут применяться в условиях повышенной влажности и воздействия агрессивных сред. Долговечность напыляемых штукатурок может достигать 50 лет.

11.5 Применение облицовок плитными и листовыми огнезащитными материалами в качестве огнезащиты бетонных и железобетонных конструкций позволяет совмещать функции огнезащиты и отделки поверхностей.

Огнезащитные плиты или листы изготавливают на основе перлита, вермикулита, керамзита, минеральных волокон (силикатных, хризотиловых, базальтовых, диабазовых), волокон из других материалов (каолиновых, кремнеземистых, кварцевых). Существуют влагостойкие огнезащитные плиты и листовые материалы.

Крепление плитных и листовых облицовок к бетонным поверхностям осуществляется несколькими способами: анкерным - листы прикручиваются непосредственно к бетонной поверхности, профильным - листы и плиты крепятся на готовый каркас.

В перекрытиях огнезащитные плиты крепятся непосредственно к несущему профилю подвесного потолка. Снижение прочности, деформация и разрушение элементов крепления при нагревании могут привести к преждевременному обрушению плит или листов огнезащитного материала, появлению щелей между ними, в результате огонь проникнет к защищаемой поверхности.

Недостатки огнезащитных облицовок плитными и листовыми материалами:

• зависимость показателя огнестойкости облицовок от огнестойкости узлов их крепления к защищаемой конструкции;
• высокая трудоемкость монтажа;
• большой вес, приводящий к увеличению веса защищаемой конструкции (для некоторых разновидностей плитных и листовых облицовок);
• заделка зазоров между листами огнезащиты производится герметиками, срок службы которых значительно меньше срока службы листов огнезащиты;
• ограничения при эксплуатации во влажной среде для некоторых видов листовой огнезащиты;
• возможность появления биологических (грибковых) образований в пространстве между конструкцией и огнезащитой на каркасе вследствие повышенной влажности и отсутствия проветривания в процессе эксплуатации.

Предпочтительно применение типов плитных и листовых облицовок, для которых проработаны и подтверждены огневыми испытаниями решения узлов сопряжения и крепления элементов облицовок к защищаемым конструкциям.

11.6 Способ огнезащиты путем обетонирования применим в случае необходимости обеспечения нормируемого предела огнестойкости поврежденной пожаром или дефектной усиливаемой бетонной или железобетонной конструкции. Обетонирование совмещает усиливающую и огнезащитную функции и выполняется с соответствующим армированием на основе расчетов на прочность и огнестойкость.

При устройстве обетонирования следует применять класс бетона, аналогичный классу бетона конструкции, новую несущую арматуру усиления соединять со старой существующей арматурой, предусматривать армирование защитного слоя бетона противооткольной сеткой.

Недостаток способа обетонирования - трудоемкость, увеличение веса и размеров конструкции.

11.7 Способ конструктивной огнезащиты путем обкладки железобетонной конструкции кирпичом или легкобетонными блоками применяется для стеновых конструкций в процессе реконструкции или изменения функционального назначения зданий и сооружений при повышении требований огнестойкости.

Недостаток такого способа огнезащиты - трудоемкость, увеличение веса и размеров конструкции.

11.8 Выбор способа и толщины средства огнезащиты должен быть обоснован в проектных решениях расчетными методами при известных теплотехнических характеристиках средства огнезащиты (теплопроводность, теплоемкость) или протоколами соответствующих испытаний.

Проект по огнезащите должен содержать расчетное или экспериментальное обоснование необходимости и достаточности применения того или иного средства огнезащиты для конкретной защищаемой конструкции. Толщина наносимого или устраиваемого средства огнезащиты должна назначаться с учетом собственного предела огнестойкости бетонной или железобетонной конструкции.

11.9 При применении средств конструктивной огнезащиты должна быть обеспечена их сохранность и долговечность (сохранение огнезащитных свойств и целостности) на период проектного срока эксплуатации зданий и сооружения.

11.10 Оценку технического состояния огнезащитных покрытий в процессе эксплуатации объектов защиты следует проводить в рамках обследований технического состояния железобетонных конструкций по ГОСТ 31937, мониторинг технического состояния огнезащитных покрытий - по СП 432.1325800.

 

12 Огнесохранность железобетонных конструкций

12.1 При проектировании железобетонных конструкций зданий, сооружений и многофункциональных комплексов различного назначения с развитой подземной частью, высотных зданий, относящихся к повышенному уровню ответственности (ГОСТ 27751), а также транспортных тоннелей, отказы которых после пожара могут приводить к тяжелым экономическим и экологическим последствиям, и конструкций, восстановление которых невозможно в процессе эксплуатации или требует больших технических сложностей и затрат, рекомендуется обеспечивать их огнесохранность после пожара.

Обеспечение огнесохранности целесообразно предусматривать для железобетонных конструкций, которые участвуют в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания или сооружения, в том числе при воздействии пожара.

При жестких сопряжениях элементов в рамной или рамно-связевой пространственной конструктивной системе выход из строя (обрушение) одного или нескольких элементов (например, за счет возникновения пластических шарниров в опорных зонах статически неопределимых изгибаемых элементов) при пожаре может привести к изменению конструктивной системы здания, нарушению его пространственной жесткости, устойчивости и разрушению в целом. Изменение конструктивной системы недопустимо для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности (например, для высотных зданий).

При назначении требования огнесохранности в проекте необходимо выполнять идентификацию строительных конструкций как элементов несущей конструктивной системы здания, которые влияют на устойчивость всего здания или сооружения.

12.2 За огнесохранность железобетонной конструкции после пожара принимают такое ее состояние, при котором остаточная прочность или остаточные необратимые деформации обеспечивают работу несущих конструкций в соответствии с требованиями нормативных документов. Состояние огнесохранности конструкции позволяет обеспечивать ее ремонтопригодность без дополнительного конструктивного усиления или замены.

12.3 Расчет огнесохранности железобетонной конструкции после пожара производится по предельным состояниям двух групп при длительности стандартного температурного режима пожара, эквивалентной нормируемому пределу огнестойкости конструкции. При этом расчетно-аналитическим путем следует предусматривать всевозможные последствия разрушающего воздействия пожара на наружные слои бетона и арматуру.

12.4 Расчет огнесохранности железобетонной конструкции после пожара следует проводить на расчетные сочетания нагрузок по СП 20.13330 и при расчетных значениях сопротивлений бетона и арматуры, с учетом изменения свойств бетона и арматуры в охлажденном состоянии после кратковременного высокотемпературного нагрева.

Для обеспечения огнесохранности конструкции после пожара необходимо, чтобы во время пожара температура нагрева арматуры не превышала:

• 400°С - для арматуры без предварительного напряжения всех классов (во избежание полных потерь сцепления арматуры с бетоном);
• 100°С - для преднапрягаемой арматуры всех классов (во избежание потерь предварительного напряжения).

12.5 Оценка огнесохранности железобетонных конструкций производится путем расчетов остаточной прочности и остаточных прогибов после пожара и сопоставления результатов с требованиями нормативных документов.

Остаточная прочность после пожара

12.6 Расчеты остаточной прочности железобетонных элементов после пожара для нормальных и наклонных сечений производятся согласно разделу 8.

При применении упрощенного метода расчета сопротивление сжатию бетона, нагретого выше критической температуры согласно 8.7, допускается не учитывать. Сопротивление бетона сжатию принимается равномерно распределенным по сжатой зоне. Расчетные сопротивления сжатию принимают равными Rb, расчетные сопротивления арматуры растяжению и сжатию после огневого воздействия при пожаре принимают соответственно равными Rst и Rsct. Расчет проводят по приведенному сечению площадью Ared, параметры которого определяют по 8.8.

Значения коэффициентов условий работы арматуры γst в охлажденном состоянии после пожара принимают по таблице 5.6 в зависимости от температуры нагрева арматуры во время пожара. Прогрев бетона до критической температуры во время пожара устанавливают по рисункам 5.1, 8.1 и 8.2 и теплотехническим расчетом (приложения А, Б).


12.7 При расчете прочности нормальных сечений железобетонных элементов следует учитывать, что в элементах, рассчитанных на работу до пожара при x ≤ ξRh₀, после пожара возможен случай x > ξRh₀ₜ из-за уменьшения сжатой зоны бетона после прогрева наружных слоев бетона выше критической температуры.

Если условие x ≤ ξRh₀ₜ не соблюдается, момент определяют по формулам (8.10) и (8.12), подставляя в них значения высоты сжатой зоны, определяемой по формуле

x = ξRh₀ₜ. (12.1)​

Значение ξR вычисляется по формуле

ξR = x/h₀ₜ = 0,8/(1 + εs,el/εb,ult). (12.2)​

Относительная деформация растянутой арматуры εs,el при напряжениях, равных Rst, определяется

εs,el = Rst/Est. (12.3)​

Относительную деформацию сжатого бетона εb,ult при напряжениях Rb,tem принимают равной εb2 по таблице 5.5. Модуль упругости арматуры после нагрева определяют по формуле (5.7).

12.8 Для обеспечения огнесохранности железобетонной конструкции должно соблюдаться условие прочности, при котором несущая способность сечения должна быть не менее усилия от внешних нагрузок.

 

Остаточный прогиб после пожара

12.9 Во время пожара в изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементах при эксплуатационной нагрузке от температурного воздействия происходит развитие дополнительного прогиба из-за значительного нагрева растянутой арматуры и перепада температур по высоте сечения.

При пожаре прогиб элемента возникает вследствие воздействия нагрузки и температуры. При температурах нагрева арматуры до 350°С прогиб железобетонного элемента развивается, в основном, за счет температурных расширений арматуры и бетона у более нагреваемой поверхности. При нагреве свыше 350°С прогиб развивается преимущественно вследствие высокотемпературной ползучести арматуры.

После пожара в охлажденном состоянии прогиб от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента уменьшается (носит обратимый характер), и остаточный прогиб от нагрузки значительно больше, чем прогиб от нагрузки до пожара из-за снижения модуля упругости бетона и развития необратимых пластических деформаций арматуры при нагреве.

В охлажденном состоянии после пожара прочностные и упругопластические свойства бетона практически не восстанавливаются, а в арматуре происходит частичное восстановление прочности и полное восстановление упругости.

12.10 После пожара железобетонные элементы имеют трещины с нагреваемой стороны по всей длине пролета.

Для изгибаемых элементов постоянной высоты по длине, в пределах которой изгибаемый момент не меняет знак, кривизну допускается вычислять для наиболее напряженного сечения, принимая ее для остальных сечений изменяющейся пропорционально значению изгибаемого момента.

Для свободно опертых и консольных элементов максимальный прогиб допускается определять по формуле

f = sl²(1/r)ₘₐₓ, (12.4)​

где s - коэффициент, зависящий от вида нагрузки и расчетной схемы элемента. При действии равномерно распределенной нагрузки: для свободно опертой балки s = 5/48, для консольной балки s = 1/4.

12.11 Кривизну изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов с трещинами в растянутой зоне определяют по формуле

(1/r)ₘₐₓ = (1/r)₁ - (1/r)₂ + (1/r)₃ - (1/r)cs, (12.5)​

где (1/r)₁ - кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки, на которую производят расчет по деформациям;

(1/r)₂ - кривизна от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;
(1/r)₃ - кривизна от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;
(1/r)cs - кривизна от температурной усадки бетона.​

12.12 Кривизны железобетонных элементов от действия соответствующих нагрузок определяют по 8.2.25 СП 63.13330.2018.

12.13 Жесткость железобетонного элемента D на участке без трещин в растянутой зоне определяют по 8.2.26 СП 63.13330.2018.

В формуле (8.144) СП 63.13330.2018 коэффициент приведения растянутой и сжатой арматуры к бетону равен

α = Eₛ/Eb1. (12.6)​

Модуль упругости бетона Eb1 определяют по формуле

Eb1 = 0,85Ebt, (12.7)​

где Ebt определяют по формуле (5.3), в которой коэффициент βb принимают по таблице 5.1 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести приведенного сечения.

В формуле (8.147) СП 63.13330.2018 при продолжительном действии нагрузок Ebt заменяют на Ebτ, который определяют по формуле (5.4), принимая коэффициент φb,cr по таблице 5.1 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести приведенного сечения.

12.14 Жесткость железобетонного элемента на участке с трещинами в растянутой зоне определяют по 8.2.27-8.2.31 СП 63.13330.2018.

Значения коэффициентов приведения арматуры к бетону по формулам (8.157) и (8.158) СП 63.13330.2018 принимают равными

• для сжатой арматуры

αₛ₁ = Eₛ/Eb,red,t; (12.8)​

• для растянутой арматуры

αₛ₂ = Eₛ/ψₛ Eb,red,t. (12.9)​

Значение приведенного модуля деформации сжатого бетона Eb,red,t определяют по температуре крайнего сжатого волокна бетона по формуле

Eb,red,t = Rbt/εb1,red. (12.10)​

Значение коэффициента ψₛ для изгибаемых элементов без учета арматуры допускается определять

ψₛ = 1 - 0,8(Rbt,ser,tbhₜ²/6M), (12.11)​

где прочность бетона на растяжение Rbt,ser,t определяют по формуле (5.2) в зависимости от температуры нагрева бетона на уровне растянутой арматуры.

12.15 Кривизну элемента при остывании от температурной усадки неравномерно нагретого бетона во время пожара определяют по формуле

(1/r)cs = (αcs1tb1 - αcstb)/h, (12.12)​

где αcs1 и αcs - коэффициенты температурной усадки бетона, принимаемые по таблице 5.4 в зависимости от температуры бетона более tb1 и менее tb нагретой грани сечения, которая была при пожаре.

12.16 После пожара прогиб элемента является одним из критериев возможности дальнейшей эксплуатации конструкции. Для обеспечения огнесохранности расчетные значения остаточного прогиба после пожара не должны превышать предельно допустимых значений по СП 20.13330.

12.17 Положения по расчету остаточной прочности и остаточных прогибов применимы для поверочных расчетов при оценке технического состояния железобетонных конструкций после пожара по СП 329.1325800.

 

13 Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций

13.1 Конструктивные требования, обеспечивающие огнесохранность железобетонных конструкций, следует назначать с учетом физико-химических процессов и структурных изменений, происходящих в бетоне при высокотемпературном нагреве (рисунок 13.1).

13.2 Огнесохранность железобетонной конструкции после пожара следует обеспечивать в соответствии с разделом 12.

При этом критическую температуру нагрева ненапрягаемой арматуры принимают не выше 400°С во избежание полной утраты сцепления арматуры с бетоном. Согласно опытным данным, при нагреве порядка 100°С сцепление арматуры периодического профиля с бетоном уменьшается почти на 30%, а при температуре 450°С сцепление нарушается полностью. Следовательно, толщину защитного слоя бетона следует назначать с учетом сохранности сцепления арматуры с бетоном.

13.3 При расчете огнесохранности следует учитывать частичное или полное восстановление прочностных свойств арматуры в зависимости от температуры нагрева при пожаре (коэффициенты условий работы арматуры в охлажденном состоянии после нагрева - в таблице 5.6).

1 - до 250°С - хрупкое взрывообразное разрушение поверхности бетона с влажностью > 3,5%;
2 - от 250°С до 350°С - в бетоне образуются трещины от температурной усадки бетона; 3 - до 450°С - в бетоне образуются
трещины, преимущественно, от разности температурных деформаций цементного камня и заполнителей;
свыше 450°С - нарушение структуры бетона из-за дегидрации Ca(OH)₂, когда свободная известь в цементном
камне гасится влагой воздуха с увеличением объема; 4 - свыше 573°С - нарушение структуры бетона из-за
модификационного превращения α-кварца в β-кварц в граните, сопровождающегося увеличением объема заполнителя;
5 - свыше 750°С - структура бетона полностью разрушена

Рисунок 13.1 - Нарушение структуры бетона после высокотемпературного нагрева​

В случае применения холоднодеформированной стержневой арматуры класса В500С современного способа производства необходимо учитывать, что в охлажденном состоянии после нагрева до 600°С и свыше ее физико-механические характеристики не восстанавливаются. Расположение стержневой арматуры класса В500 в сечениях железобетонных элементов должно исключать ее нагрев при пожаре свыше 500°С.

13.4 Для обеспечения огнесохранности предварительно напряженных железобетонных конструкций необходимо ограничивать нагрев предварительно напряженной арматуры не более 100°С для исключения потерь предварительного напряжения.

13.5 В железобетонных изгибаемых плитных конструкциях следует предусматривать поперечное конструктивное армирование хомутами и поперечными стержнями, предотвращающее выпучивание (выход из плоскости) нижней продольной арматуры в случае обрушения защитного слоя бетона при пожаре.

13.6 Проектирование железобетонных конструкций с учетом требования огнесохранности следует производить с учетом мероприятий по защите от хрупкого разрушения бетона при пожаре.

13.7 В жестких конструктивных схемах высотных зданий из монолитного железобетона (статически неопределимые конструкции) конструирование изгибаемых элементов следует производить на основе результатов расчетов остаточной прочности опорных зон из условия недопущения образования опорных пластических шарниров, т.к. образование опорных пластических шарниров в одном изгибаемом элементе приводит к изменению конструктивной схемы всего здания в целом.

 

14 Табличные данные и конструктивные требования для обеспечения огнестойкости статически определимых конструкций

14.1 Данные в таблицах 14.1-14.8, содержащие минимально допустимые значения размеров сечений и расстояний от оси арматуры до обогреваемых поверхностей элементов (толщины защитных слоев) для обеспечения нормируемых пределов огнестойкости, приведены для статически определимых конструкций и должны быть не менее значений по СП 63.13330.

Таблицы составлены на основе опытных данных. При соблюдении требований табличных данных расчеты огнестойкости статически определимых конструкций могут не производиться.

Табличные данные не следует применять для статически неопределимых конструкций, для которых необходимо проведение расчетной оценки огнестойкости.

14.2 Значения параметров таблиц 14.1-14.5, 14.7 применяют для несущих железобетонных конструкций при действии полных нормативных нагрузок с соотношением длительно действующей части нагрузки Gser к полной нагрузке Vser, равным 1. Если это отношение равно 0,3, то табличное значение предела огнестойкости увеличивается в 2 раза. Для промежуточных значений Gser/Vser предел огнестойкости принимается по линейной интерполяции.

14.3 Минимальные расстояния до оси арматуры и размеры элементов для обеспечения требуемого предела огнестойкости конструкций зависят от вида бетона. Теплопроводность легких бетонов на 10%-20% и бетонов на крупном карбонатном заполнителе на 5%-10% меньше, чем теплопроводность тяжелого бетона на силикатном заполнителе. С учетом теплопроводности бетонов разных видов, расстояния до оси арматуры для конструкций из легкого бетона или из тяжелого бетона с карбонатным заполнителем может быть принято меньшим, чем для конструкций из тяжелого бетона на силикатном заполнителе при одинаковом пределе огнестойкости выполненных из этих бетонов конструкций.

Значения параметров таблиц 14.1-14.3, 14.5, 14.7 и 14.8, применимы для железобетонных конструкций из бетона на крупном заполнителе из силикатных пород, а также плотного силикатного бетона классов по прочности на сжатие до В40 включительно. Минимальные размеры поперечного сечения и расстояния от оси арматуры до поверхности изгибаемого элемента могут быть уменьшены:

• на 10% - для железобетонных конструкций из бетонов на карбонатном заполнителе;
• на 20% - для конструкций из легких бетонов плотностью 1200 кг/м³;
• на 30% - для изгибаемых конструкций из легких бетонов плотностью 800 кг/м³ и керамзитоперлитобетона плотностью 1200 кг/м³.

14.4 На рисунках 14.1 и 14.2 приведены расстояния от обогреваемой поверхности до оси арматуры и геометрические параметры сечений применительно к таблицам 14.1-14.5, 14.7.

Рисунок 14.1 - Обозначения расстояний до оси арматуры


Рисунок 14.2 - Расстояния до оси арматуры​

В случае расположения арматуры на разных уровнях сечения железобетонного элемента, среднее расстояние до оси арматуры a определяется с учетом площадей (A₁, A₂, ..., Aₙ) и соответствующих им расстояний до осей (a₁, a₂, ..., aₙ) арматуры, измеренных от ближайшей нагреваемой (нижней или боковой) поверхности элемента, по формуле

a = (A₁a₁ + A₂a₂ + ... + Aₙaₙ)/(A₁ + A₂ + A₃ + ... + Aₙ) = ∑i=1 Aiai / ∑i=1 Ai. (14.1)​

Колонны

14.5 В таблице 14.1 приведены значения геометрических параметров железобетонных колонн из тяжелого и легкого бетонов при четырехстороннем и одностороннем нагреве: минимальная ширина b и расстояние а от нагреваемой поверхности до оси арматуры. При одностороннем нагреве размер b относится только к колоннам, нагреваемая поверхность которых находится на одном уровне со стеной, или для части колонны, выступающей из стены. Предполагается, что в стене отсутствуют отверстия вблизи колонны в направлении минимального размера b.

Для колонн сплошного круглого сечения в качестве размера b следует принимать их диаметр.

Колонны с параметрами, приведенными в таблице 14.1, имеют внецентренно приложенную нагрузку или нагрузку со случайным эксцентриситетом при армировании колонн не более 3% поперечного сечения бетона, за исключением стыков. При коэффициенте армирования колонны более 3% табличные данные не применяют - необходим расчет огнестойкости.

Предел огнестойкости железобетонных колонн с дополнительным армированием в виде сварных поперечных сеток, установленных с шагом не более 250 мм, следует принимать по таблице 14.1, с учетом повышающего коэффициента 1,5.

Таблица 14.1​

​

 

Стены

14.6 Для несущих сплошных железобетонных стен значения предела огнестойкости, толщины стены hₜ и расстояния а до оси арматуры приведены в таблице 14.2 и применимы к центрально- и внецентренно сжатым стенам при условии расположения суммарной силы в средней трети ширины поперечного сечения стены. При этом отношение высоты стены к ее толщине должно быть λ = l₀/hₜ ≤ 20.

Для стеновых панелей с платформенным опиранием при толщинах не менее 14 см значения пределов огнестойкости следует принимать по таблице 14.2, умножая их на коэффициент 1,5.

Таблица 14.2​

​

Огнестойкость ребристых стеновых панелей должна определяться по толщине плитной части. Ребра должны быть связаны с плитой хомутами. Минимальные размеры ребер и расстояния до осей арматуры в ребрах должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к балкам (таблицы 14.3 и 14.4).

Предел огнестойкости наружных стен из двухслойных панелей, состоящих из ограждающего слоя толщиной не менее 24 см из крупнопористого керамзитобетона классов В2-В2,5 (γ = 600...900 кг/м³) и несущего слоя толщиной не менее 10 см, с напряжениями сжатия в нем не более 5 МПа, составляет 180 мин.

При применении в стеновых панелях или перекрытиях сгораемого утеплителя, необходимо предусматривать защиту этого утеплителя по периметру несгораемым материалом.

Предел огнестойкости стен из трехслойных панелей, состоящих из двух ребристых железобетонных плит и утеплителя из несгораемых или трудносгораемых минераловатных или фибролитовых плит, при общей толщине поперечного сечения 25 см составляет не менее 180 мин.

Предел огнестойкости наружных ненесущих и самонесущих стен из трехслойных сплошных панелей (ГОСТ 31310), состоящих из наружного (толщиной не менее 50 мм) и внутреннего бетонных армированных слоев и среднего слоя из сгораемого утеплителя (пенополистирола марки ПСБ по ГОСТ 15588) составляет не менее 60 мин при общей толщине поперечного сечения 15...22 см. Предел огнестойкости для аналогичных несущих стен с соединением слоев металлическими связями при общей толщине 25 см, с внутренним несущим слоем из армированного бетона класса В15 с напряжениями сжатия в нем не более 2,5 МПа и толщиной 10 см или В25 с напряжениями сжатия в нем не более 10 МПа и толщиной 14 см, составляет 150 мин.

Предел распространения огня по этим конструкциям равен нулю.

Балки

14.7 Для статически определимых свободно опертых балок при трехстороннем воздействии пожара значения пределов огнестойкости, ширины балок b и расстояния до оси арматуры а, aω (рисунок 14.3) приведены для тяжелого бетона в таблице 14.3 и для легкого бетона (γ = 1200 кг/м³) - в таблице 14.4.

Рисунок 14.3 - Геометрические параметры и расстояния до оси арматуры в балке
​

Таблица 14.3​

​

Таблица 14.4​

​

При нагреве балок с одной стороны соответствия между значениями геометрических размеров и пределов огнестойкости принимаются по таблице 14.5 как для плит.

Для балок с наклонными сторонами ширина b должна измеряться по центру тяжести растянутой арматуры (рисунок 14.3).

При определении предела огнестойкости отверстия в полках балки могут не учитываться, если оставшаяся площадь поперечного сечения в растянутой зоне не меньше 2b².

Для предотвращения откалывания бетона в ребрах балок расстояние между хомутом и поверхностью должно быть не более 0,2 ширины ребра.

Минимальное расстояние ai от поверхности элемента до оси любого стержня арматуры должно быть не менее указанного в таблице 14.3 для предела огнестойкости 30 мин и не менее половины а.

При пределе огнестойкости 120 мин и более на свободно опертых двутавровых балках с расстоянием между центрами тяжести полок более 120 см должны быть предусмотрены концевые утолщения, равные ширине балки.

Для двутавровых балок, у которых отношение ширины полки к ширине стенки b/bω (рисунок 14.3) больше 2, в ребре балки необходимо устанавливать поперечную арматуру. При отношении b/bω > 1,4 расстояние до оси арматуры должно быть увеличено до 0,85a√(b/bω). При b/bω > 3 таблицы 14.3 и 14.4 применять нельзя.

В балках с большими перерезывающими усилиями, воспринимаемыми хомутами, установленными около наружной поверхности элемента, расстояние а (таблицы 14.3 и 14.4) относится также к хомутам при условии их расположения в зонах, где расчетное значение растягивающих напряжений больше 0,1 прочности бетона на сжатие.

Предел огнестойкости балок из армополимербетона на основе фурфуролацетонового мономера с геометрическими параметрами: b = 160 мм и a = 45 мм, aω = 25 мм и армированных сталью класса А-III, равен 60 мин.

 

Плиты

14.8 Для свободно опертых плит предел огнестойкости, толщина плит t, расстояние до оси арматуры a приведены в таблице 14.5.

Таблица 14.5​

​

Минимальная толщина t плиты обеспечивает требование предела огнестойкости по потере теплоизолирующей способности I. Засыпки, стяжки и пол из негорючих материалов включаются в общую толщину плиты и способствуют повышению ее предела огнестойкости. Сгораемые изоляционные слои, уложенные на цементную подготовку, не снижают предел огнестойкости плит.

Эффективная толщина многопустотной плиты для обеспечения нормируемого предела огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты за вычетом площадей пустот на ее ширину.

Пределы огнестойкости многопустотных и ребристых с ребрами вверх панелей и настилов следует принимать по таблице 14.5, умножая их на коэффициент 0,9.

Пределы огнестойкости по прогреву двухслойных плит из легкого и тяжелого бетонов (при расположении бетона со стороны огневого воздействия) и необходимые толщины слоев приведены в таблице 14.6.

Таблица 14.6​

​

В случае расположения всей арматуры в одном уровне, расстояние от боковой поверхности плиты до оси арматуры должно быть не менее толщины слоя, приведенного в таблицах 14.3 и 14.4.

Растянутые элементы

14.9 Для растянутых элементов ферм и арок с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой, нагреваемых со всех сторон, минимальные значения ширины b поперечного сечения и расстояния a до оси арматуры при различных пределах огнестойкости приведены в таблице 14.7.

Полная площадь поперечного сечения бетона элемента должна быть не менее 2bₘᵢₙ², где bₘᵢₙ определяют по таблице 14.7.

Таблица 14.7​

​

Ненесущие перегородки

14.10 Предел огнестойкости ненесущих бетонных и железобетонных перегородок и их минимальная толщина tₙ приведены в таблице 14.8. При этом минимальная толщина перегородок гарантирует, что температура на необогреваемой поверхности бетонного элемента в среднем повысится не более чем на 160°С и не превысит 220°С при воздействии стандартного температурного режима пожара. При определении tₙ следует учитывать дополнительные огнезащитные покрытия и штукатурки согласно 11.4.

Таблица 14.8​

​

14.11 При проектировании железобетонных конструкций с применением табличных данных следует учитывать возможность хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре и, в случае необходимости, предусматривать мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре (раздел 9).

 

Приложение А

Температуры прогрева сечений железобетонных плит,
стен при воздействии стандартного температурного режима пожара​

Теплотехническим расчетом определены температуры прогрева по сечениям плит и стен из тяжелого бетона плотностью 2350 кг/м³, влажностью до 2,5%-3,0%, на силикатном и карбонатном заполнителях, а также из конструкционного керамзитобетона плотностью 1400-1600 кг/м³, влажностью до 5%.

Температура прогрева на уровне оси арматуры tₛ (рисунки А.1-А.6) принимается по температуре прогрева бетона на расстоянии от нагреваемой поверхности до оси арматуры.

Предел огнестойкости по потере несущей способности устанавливают по точке пересечения горизонтальной прямой на уровне критической температуры бетона tb,cr с кривой прогрева слоя бетона толщиной aₜ от обогреваемой поверхности до оси растянутой арматуры.

Предел огнестойкости многопустотных и ребристых плит с ребрами вверх следует определять как для сплошных плит с коэффициентом 0,9.

Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе монолитных железобетонных плит по профилированному настилу общей толщиной 200 мм указаны на рисунках А.7 и А.8.

Температуры прогрева бетона в плитах и стенах при одностороннем воздействии стандартного температурного режима пожара

Длительность стандартного пожара, мин
0 – 120 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.1 - Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах
и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем воздействии пожара


Длительность стандартного пожара, мин
0 – 200 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.2 - Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах
и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем воздействии пожара


Длительность стандартного пожара, мин
0 – 120 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.3 - Температуры прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах
и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем воздействии пожара


Длительность стандартного пожара, мин
0 – 120 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.4 - Температуры прогрева тяжелого бетона на карбонатном заполнителе в плитах
и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем воздействии пожара

Длительность стандартного пожара, мин
0 – 120 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.5 - Температуры прогрева конструкционного керамзитобетона в плитах
и стенах высотой сечения 40, 60, 80, 100 и 120 мм при одностороннем воздействии пожара


Длительность стандартного пожара, мин
0 – 120 – глубина прогрева бетона от нагреваемой поверхности, мм

Рисунок А.6 - Температуры прогрева конструкционного керамзитобетона в плитах
и стенах высотой сечения 140, 160, 180 и 200 мм при одностороннем воздействии пожара


Рисунок А.7 - Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плитах
по профилированному настилу при одностороннем воздействии пожара длительностью 60 и 100 мин


Рисунок А.8 - Температуры прогрева тяжелого бетона на силикатном заполнителе в плите
по профилированному настилу при одностороннем воздействии пожара длительностью 120 и 150 мин


Рисунок А.9 - Температуры прогрева бетона в многопустотных и сплошных железобетонных плитах
из обычного тяжелого бетона на известняковом заполнителе при одностороннем воздействии пожара​

 

Приложение Б

Температуры прогрева бетона в колоннах, балках и ребристых перекрытиях
при воздействии стандартного температурного режима пожара
​

Теплотехническим расчетом определены температуры прогрева тяжелого бетона с силикатным заполнителем плотностью 2000-2400 кг/м³ и влажностью 2%-3% при воздействии стандартного температурного режима пожара. Температуры прогрева тяжелого бетона с карбонатным заполнителем следует определять с коэффициентом 0,9, а конструкционного керамзитобетона - с коэффициентом 0,85 по значению температур, приведенных в номограммах:

• для колонн сечением:
  • 200x200 мм - рисунки Б.1; Б.2;
  • 300x300 мм - рисунок Б.3;
  • 400x400 мм - рисунки Б.4, Б.5;
• для балок сечением:
  • 160x320 мм - рисунок Б.7;
  • 300x600 мм - рисунки Б.8, Б.9;
• для монолитного ребристого перекрытия с балкой сечением 160x320 мм и плитой толщиной 100 мм - рисунки Б.10, Б.11:
  • ~300x600 мм - 200 мм - рисунки Б.12-Б.17;
• для двутавровых балок с шириной полки 240 мм и стенки 80 мм - рисунок Б.18:
  • ~300 мм - 120 мм - рисунки Б.19, Б.20;
  • ~400 мм - 120 мм - рисунки Б.21, Б.22.

Температуры прогрева бетона, приведенные в приложениях А и Б, применимы при расчетах огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций жилых, гражданских, спортивных, административных, промышленных зданий, сооружений и тоннелей. Для железобетонных конструкций автодорожных и железнодорожных тоннелей, в которых перевозят горючие жидкости, значения температуры допускается умножать на 1,1, а при перевозке углеводородных газов - на 1,2, в складских помещениях для хранения каучука, синтетических материалов, масел, лаков, красок, сжиженного газа, бумаги, зерна и муки - на 1,25.

Температуры бетона в плитах, балках и колоннах промежуточных размеров допускается определять интерполяцией, а имеющих большие размеры сечений - экстраполяцией.

Для колонн круглого поперечного сечения температуры нагрева по радиусу колонны допускается определять аналогично температурам по оси стороны квадратной колонны.

На рисунках Б.1-Б.22 геометрические параметры сечений указаны в миллиметрах.

Температуры и изотермы прогрева бетона в колоннах, балках и ребристых конструкциях

Рисунок Б.1 - Температуры прогрева бетона в колонне сечением 200x200 мм
при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 30 и 60 мин


Рисунок Б.2 - Температуры прогрева бетона в колонне сечением 200x200 мм
при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 90 и 120 мин


Рисунок Б.3 - Изотермы в бетоне колонны сечением 300x300 мм при
четырехстороннем воздействии пожара длительностью 30, 60, 90, 120, 180 и 240 мин​

 

Рисунок Б.4 - Температуры прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм
при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 30 и 60 мин


Рисунок Б.5 - Температуры прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм
при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 90 и 120 мин


Рисунок Б.6 - Температуры прогрева бетона в колонне сечением 400x400 мм
при четырехстороннем воздействии пожара длительностью 180 и 240 мин


Рисунок Б.7 - Температуры прогрева бетона в балке сечением 160x320 мм
при трехстороннем воздействии пожара длительностью 30, 60, 90 и 120 мин


Рисунок Б.8 - Изотермы в бетоне балки сечением 300x600 мм
при трехстороннем воздействии пожара длительностью 30, 60 и 90 мин​

 

Рисунок Б.9 - Изотермы в бетоне балки сечением 300x600 мм при
трехстороннем огневом воздействии стандартного пожара длительностью 120, 180 и 240 мин


Рисунок Б.10 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 160x320 мм и плитой толщиной 100 мм при пожаре длительностью 30 и 60 мин


Рисунок Б.11 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 160x320 мм и плитой толщиной 100 мм при пожаре длительностью 90 и 120 мин


Рисунок Б.12 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 30 мин


Рисунок Б.13 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 60 мин​

 

Рисунок Б.14 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 90 мин


Рисунок Б.15 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 120 мин


Рисунок Б.16 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 180 мин


Рисунок Б.17 - Температуры прогрева бетона в монолитном ребристом перекрытии с балкой
сечением 300x600 мм и плитой толщиной 200 мм при пожаре длительностью 240 мин​