Файл: Курсовой проект по дисциплине здания, сооружения и их устойчивость при пожаре.docx

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

Исследуемое здание состоит из двух пожарных отсеков.

Класс функциональной пожарной опасности [2] для первого пожарного отсека – Ф 5.1; для второго пожарного отсека – Ф 5.2.

Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания. Здание производственное, четырехэтажное, категория пожарной опасности – Б. Площадь этажа S в пределах пожарного отсека равна:
S = L₁L₂ = 132*24 = 3168 м².
В соответствии с табл. 6.1 [6] требуемая степень огнестойкости здания – I, II, но принимаем степень огнестойкости I (предъявляющий наиболее высокие требования к конструкциям); требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0.
Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарного отсека здания.

Здание складское, одноэтажное, категория склада – В. Площадь этажа в пределах пожарного отсека равна 3800 м².
В соответствии с табл. 6.3 [6] требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0, С1, но принимаем класс конструктивной пожарной опасности С0 (предъявляющий наиболее высокие требования к конструкциям).
Требуемую степень огнестойкости для всего здания определять не требуется, так как в связи с наличием противопожарной стены между отсеками огонь не сможет перейти из одной части здания в другую, а в случае горения всего здания пожар в каждом отсеке будет рассматриваться как отдельный. Поэтому фактические показатели огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требуемым для конструкций только тех отсеков, в которых они располагаются.

В соответствии с таблицей 21 [1] выберем требуемые пределы огнестойкости к основным конструкциям здания, которые запишем в табл. 2.1.


Таблица 2.1.

Требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций здания

Степень огнестойкости здания	Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее
	Несущие элементы здания	Наружные ненесущие стены	Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалом)	Элементы бесчердачных покрытий		Лестничные клетка
				Настилы (в том числе с утеплителем)	Фермы, балки, прогоны		Внутренние стены	Марши и площадки лестниц
I	R 120	E 30	REI 60	RE 30	R 30		REI 120	R 60
IV	R 15	E 15	REI 15	RE 15	R 15		REI 45	R 15

---

В соответствии с таблицей 22 [1] требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2.

Требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания

Класс конструктивной пожарной опасности здания	Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже
	Несущие стержневые элементы(колонны, ригели, фермы и др.)	Стены наружные с внешней стороны	Стены, перегородки, перекрытия и бесчердачные покрытия	Стены лестничных клеток и противопожарные преграды	Марши и площадки лестниц в лестничных клетках
С0	К0	К0	К0	К0	К0

Далее будут определены фактические пределы огнестойкости основных строительных конструкций проектируемого здания, проведена проверка соответствия их требованиям норм, а также предложены мероприятия по повышению огнестойкости этих конструкций в случае несоблюдения условий пожарной безопасности.

---

3. РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

Высокая теплопроводность металла позволяет выполнить расчет стальных несущих конструкций по времени прогрева конструкции до критической температуры. Для каждого из элементов фермы следует определить величину критической температуры, то есть решить статическую задачу, а затем решить теплотехническую задачу по определению предела огнестойкости конструкции.

3.1. Статический расчет

Расчет растянутых элементов заданного узла фермы

Расчет производится из условия снижения прочности (предела текучести стали) до величины напряжения, возникающего в элементе от внешней (нормативной, рабочей) нагрузки).

Рассматриваем узел 15 (прил. 2, рис. 1). Растянутыми элементами (в соответствии с табл. 3 исходных данных) являются стержни Н2, Н3.

Расчет усилий, воспринимаемых элементом от нормативной нагрузки:

N_n(Н2) = N_(i) /γ_f = 690/1,2 = 575 кН;

N_n(Н3) = N_(i) /γ_f = 690/1,2 = 575 кН;

где N_(i) – расчетное усилие, воспринимаемое элементом фермы Н;

γ_f – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке, равный 1,2.

Рассчитаем коэффициент изменения предела текучести стали, соответствующий критической температуре нагрева растянутого элемента фермы:

γ_ytcr(Н2) = N_{n(i) /} (A_(i) ⋅ R_yn) = 575*10³/(2*12,8*10^-4*325*10⁶) = 0,691;

γ_ytcr(Н3) = N_{n(i) /} (A_(i) ⋅ R_yn) = 575*10³/(2*12,8*10^-4*325*10⁶) = 0,691;

где А_(i) – площадь поперечного сечения элементов фермы, м², принимают с учетом количества профилей, на которые передается усилие от внешней нагрузки.

В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков (рис 3.1.1). Размеры уголка находятся в приложении 1, таблица 4.

---

Рис. 3.1.1 Сечение элементов фермы

R_yny – нормативное сопротивление стали по пределу текучести определяется в зависимости от марки стали (приложение 1, таблица 3).

Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба).
Расчет сжатых элементов заданного узла фермы

Таким образом, расчет производится по потере устойчивости (выпучивания) сжатых элементов. Этот расчет можно провести по двум методикам:

• 
  Расчет элементов на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ.
  
• 
  Из условия снижения модуля упругости стали до критической величины (что приводит к недопустимому прогибу элемента).
  

Сжатыми элементами (в соответствии с табл.3 исходных данных) являются стержни Р4, Р5, С2.
Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ

Рассчитываем предел огнестойкости сжатых элементов фермы из условия устойчивости с учетом коэффициента продольного изгиба.

Определим гибкость в вертикальном направлении прогиба элементов фермы:

λ_x(Р4) = l_x(i) / i_x(i) = 3416,8/27,8= 122,9

λ_x(Р5) = l_x(i) / i_x(i) = 4271/27,8= 153,6

λ_x(С2) = l_x(i) / i_x(i) = 3085/24,7= 124,9

где l_x– расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм;

i_x – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «х» (приложение 1, таблица 4), мм.

Таблица 3.1.1

Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба

Направление прогиба	Расчетная длина элемента, мм
	Р4	Р5	С2
Вертикальное	lx = 0,8l = 3416,8	lx = l=4271	lx = l=3085
Горизонтальное	ly= l = 4271	ly= l =4271	ly= l =3085

---

Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы:

λ_y(Р4) = l_y(i) / i_y(i) = 4271/40,4 = 105,7

λ_y(Р5) = l_y(i) / i_y(i) = 4271/40,4 = 105,7

λ_y(С2) = l_y(i) / i_y(i) = 3085/36,4= 84,8

где l_y– расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 3.1.1), мм;

i_y – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y» (приложение 1, таблица 4), мм.

Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть:

λ_max(Р4) = 122,9

λ_max(Р5) = 153,6

λ_max(С2) = 124,9
Коэффициент продольного изгиба φ элемента фермы принимается в зависимости от λ_max (если λ_max ≤ 40, то φ = 1; если λ_max > 40, то φ = 0,95) и равен:

для λ_max(Р4) > 40, φ_(Р4) = 0,95

для λ_max(Р5) > 40, φ_(Р5) = 0,95

для λ_max(С2) > 40, φ_(С2) = 0,95
Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны

N_n(Р4) = N_(i) /γ_f = 578/1,2 = 481,6 кН

N_n(Р5) = N_(i) /γ_f = 578/1,2 = 481,6 кН

N_n(С2) = N_(i) /γ_f = 153/1,2 = 127,5 кН;

Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба:

γ_ytcr(Р4) = N_n(i)/ (A_(i)* R_yn * φ) = 481,6*10³/(2 * 10,2* 10^-4 *245*10⁶ * 0,95) =
= 1,01

γ_ytcr(Р5) = N_n(i)/ (A_(i)* R_yn * φ) = 481,6*10³/(2 * 10,2* 10^-4 *245*10⁶ * 0,95) =
= 1,01

γ_ytcr(С2) = N_n(i)/ (A_(i)* R_yn * φ) = 127,5*10³/(2 * 8,63* 10^-4 *245*10⁶ * 0,95) =
= 0,31
Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины

---