Показатели огнестойкости конструктивных элементов из бетона и кирпичной кладки

Оценка огнестойкости бетонных и каменных конструктивных элементов учитывает два фактора: огнестойкость и огнестойкость. В стандарте ACI 206 дается определение этих двух терминов.
Огнестойкость – это мера прошедшего времени, в течение которого материал или сборка демонстрируют огнестойкость при определенных условиях испытания и эксплуатации, когда они применяются к конструктивным элементам. Она должна измеряться методами и в соответствии с критериями, указанными в стандартном методе испытаний строительных конструкций и материалов на огнестойкость (ASTM E 119).
Что касается огнестойкости, то это свойство материала или сборки противостоять огню или обеспечивать защиту от него при нанесении на конструктивные элементы. Оно характеризуется способностью сдерживать огонь или продолжать выполнять определенную конструктивную функцию или и то, и другое.
Как правило, Строительные нормы и правила предусматривают минимально необходимую огнестойкость для элементов зданий в зависимости от типа использования конструкции, функции элемента, значимости здания, содержимого здания и других противопожарных соображений.
В данной статье приведены критерии огнестойкости в соответствии со стандартным методом определения огнестойкости бетонных и каменных строительных конструкций (ACI 216.1M-07/ TMS-216-07).

Огнестойкая каменная стена

Методы определения степени огнестойкости бетона и каменной кладки

Согласно ACI 216.1-M07, огнестойкость бетонных и кладочных материалов и узлов должна оцениваться с помощью одного из методов, приведенных в следующем разделе:

Квалификация путем испытания

Материалы и узлы строительных материалов испытываются в соответствии с требованиями ASTM E 119, и на основании результатов и условий, предусмотренных в таком испытании, определяется огнестойкость.

Расчетная огнестойкость

Огнестойкость элементов или узлов из бетона каменной кладки, полученная с использованием процедуры, предусмотренной ACI 216.1M-07 или других альтернативных процедур, считается приемлемой.

Утверждение на основе прошлых эксплуатационных характеристик

ACI 216.1M-07 не исключает использование огнестойкости элементов и узлов, которые использовались ранее и были подтверждены эксплуатационными характеристиками.

Альтернативные методы

ACI 216.1M-07 не препятствует применению новых и новейших методов для прогнозирования безопасности жизни и защиты имущества в зданиях и сооружениях.

Огневые испытания стеновой сборки

Огневые испытания стеновых конструкций на основе стандарта ASTM E 119 предусматривают четыре критерия эффективности, которым необходимо соответствовать:

• Устойчивость стенового блока к передаче тепла через него.
• Сопротивление прохождению пламени или горячих газов через стену, достаточное для возникновения пожара и сжигания хлопчатобумажных отходов на другой стороне стены, не подверженной воздействию огня.
• Снижение несущей способности несущей стены
• Устойчивость к ударам, эрозии и охлаждающему воздействию струи воды из шланга на сборку после воздействия огня.

Огнестойкость различных элементов из бетона и каменной кладки

Устойчивость кладки и бетонных элементов к огню контролируется передачей напора через сборку, которая определяется повышением температуры на другой стороне стены, не подверженной огню.
Этот способ разрушения используется для формулирования стандартизированной процедуры расчета огнестойкости различных бетонных и каменных элементов.
Стандартная процедура расчета для различных кладочных и бетонных элементов представлена в следующих разделах:

Теплопередача в перекрытиях

Конструктивная огнестойкость простого железобетонного перекрытия, на которую влияют составляющие материалы, может быть определена по рисунку 1 с помощью параметра эффективного покрытия бетона (u) как функции отношения расчетного момента к номинальному моменту (M / Mn).
В случае сплошных перекрытий происходит изменение в распределении моментов, таким образом, отрицательные напряжения увеличиваются, а значит, увеличивается и отрицательный момент на опорах. Но в случае возникновения пожара отрицательная арматура находится на большем расстоянии от очага пожара по сравнению с положительной арматурой и, следовательно, не испытывает такого же нагрева, как положительные стальные стержни, и с увеличением отрицательного момента можно справиться.

Огнестойкость бетонных плит

Увеличение отрицательного момента может привести к выходу стальных стержней из строя, а уменьшение положительного момента создает условия для воздействия огня. Отрицательные стальные стержни должны быть удлинены в достаточной степени, чтобы учесть перераспределение момента и смещение точки перегиба.
Рекомендуется, чтобы минимум 20% от пикового отрицательного момента стальные стержни были удлинены вдоль всего пролета.

Степень огнестойкости стены из однослойной каменной кладки

Степень огнестойкости стен из каменной кладки, а именно: стены с одним вайтом, стены с несколькими вайтами и стены с поверхностной обработкой, зависит от влияния затирки и эффекта заполнения пустотелых блоков заполняющими материалами.

Однопустотная стена из бетонной кладки

Расчет стен с одинарной бетонной кладкой Wythe производится в соответствии со спецификацией ACI 216.1M-07 и согласно таблице 1.
Требуемая эквивалентная толщина узлов бетонной кладки (Tea) зависит от эквивалентной толщины кладочного блока (Te) и эквивалентной толщины заданного отделочного материала (Tef):

Tea = Te + Tef –> Уравнение-1

Эквивалентная толщина блока кладки равна чистому объему блока, деленному на площадь лицевой поверхности блока, то есть умножению высоты на длину блока.
Фактическая толщина сплошного кладочного блока считается эквивалентной толщиной блока. Эквивалентная толщина пустотелого кладочного блока, заполненного материалами, равна его фактической толщине.

Таблица-1: Степень огнестойкости бетонных кладочных блоков

Стена из одинарной глиняной кладки Wythe

Степень огнестойкости стены из одинарной глиняной кладки Wythe рассчитывается согласно Таблице-2. Эквивалентная толщина стен из глиняной кладки рассчитывается по следующему уравнению:

Te = Vn / LH -> Уравнение-2

Фактическая толщина кладки из глиняной кладки со сплошной затиркой равна толщине глиняного блока.

Таблица-2: Огнестойкость стены из глиняной кладки

Однослойные бетонные стены, полы и крыши

Степень огнестойкости стен, полов и крыш из армированного и обычного бетона зависит от эквивалентной толщины элемента и может быть определена с помощью таблицы 3.
Эквивалентная толщина различных типов бетонной кладки приведена ниже:

Где:
t: Минимальная толщина
Te: Эквивалентная толщина, рассчитанная по уравнению 2
s: Межцентровое расстояние между ребрами

Таблица-3: Оценка огнестойкости однослойных бетонных стен, перекрытий и крыш

Многослойные стены, перекрытия и крыши

Существует несколько методов, таких как графические, численные и аналитические решения, предусмотренные ACI 216.1M-7, которые используются для определения огнестойкости стен, перекрытий и крыш, состоящих из двух или более слоев различных типов бетона, каменной кладки или того и другого.
В каждом решении рассматриваются различные возможные комбинации нормального веса; полулегкого веса; и легкого веса бетона, сэндвич-панелей и изоляционных систем, а также применение глиняных и бетонных кладочных узлов как части многослойной системы.
Графическое и аналитическое решение: Огнестойкость монолитных стен, крыш и перекрытий, построенных из различных видов бетона, можно определить с помощью уравнения 4 или уравнения-5 или рисунка-2.
Следует учитывать возможное воздействие огня на каждую сторону элемента, поэтому необходимо выполнить два отдельных расчета для каждой стороны, предполагающей воздействие огня.
Меньшее из двух вычислений считается огнестойкостью, за исключением случаев, когда она определяется действующими нормами.
Наконец, нижняя сторона полов и крыш должна подвергаться воздействию огня.

R: огнестойкость, часы
ttot: общая толщина перекрытия, мм
dl: толщина слоя, подверженного воздействию огня, мм

Огнестойкость двухслойных бетонных стен, полов и крыш

Численные решения: FПолы, крыши и стены строятся из одного слоя полулегкого бетона легкого веса и одного слоя бетона нормального веса, толщина каждого слоя равна 25 мм или больше. Огнестойкость двух слоев вместе определяется уравнением 4, если огню подвергается слой бетона нормального веса, а если огню подвергается другой слой, то следует использовать уравнение 5.
Альтернативное численное решение: Огнестойкость Стены, полы и крыши (не сплошные), которые построены из двух или более слоев различных типов бетона или построены из слоев бетона, бетонной кладки, глиняной кладки или комбинации, рассчитываются по следующему уравнению:

R: Огнестойкость сборки, часы
R1, R2 и Rn: Огнестойкость каждого слоя, часы
A1, A2 и An: равно 0,3
Кроме того, значения (Rn) для бетонных материалов могут быть получены либо из таблицы-3, либо из рисунка-3. Таблица-1 используется для бетонной кладки, а для глиняной кладки используется Таблица-2. Наконец, при использовании таблицы необходимо применять интерполяцию.

Влияние толщины плиты и типа заполнителя на огнестойкость для бетонных плит на основе повышения температуры незащищенной поверхности на 139oC

Сэндвич-панели: Eуравнение 6 используется для расчета огнестойкости сборных бетонных стеновых панелей, построенных из двух слоев бетона, между которыми находится слой пенопласта.
Если толщина пенопласта не меньше 25 мм, то Rn0,59 в уравнении-6 равно 0,22. Более того, вклад огнестойкости пенопласта равен нулю, если его толщина меньше 25 мм. Толщина слоя бетона с каждой стороны пенопласта не должна быть меньше 25 мм.
Читать далее:
Взрывное разрушение бетонных элементов конструкций во время пожара
Системы пожарной безопасности и защиты имущества в зданиях
Огнезащита высотных зданий
Поведение бетона в экстремальных условиях пожара
Требования к огнестойким зданиям
Оценка ущерба от пожара в зданиях
Огнестойкий бетон

• Армирование кладки и вспомогательные металлы для строительства кладки стен.
• Что такое огнестойкость бетона? Механизм и факторы.
• Предварительно спроектированные металлические здания – последние тенденции.
• Методы испытания каменной кладки на прочность при сжатии.
• Свойства материалов для строительства железобетонных кладочных стен.
• Огнестойкость бетонных материалов и конструкций.
• Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.