Límite de resistencia al fuego de losas nervadas. Resistencia al fuego de estructuras de hormigón armado. Determinación del límite de resistencia al fuego de estructuras de hormigón armado.

Las estructuras de hormigón armado, debido a su no inflamabilidad y su conductividad térmica relativamente baja, resisten bastante bien los efectos de factores agresivos del fuego. Sin embargo, no pueden resistir el fuego indefinidamente. Las estructuras modernas de hormigón armado, por regla general, están hechas de paredes delgadas, sin conexión monolítica con otros elementos del edificio, lo que limita su capacidad para llevar a cabo sus funciones operativas en condiciones de incendio a 1 hora, y a veces menos. Las estructuras de hormigón armado humedecido tienen un límite de resistencia al fuego aún más bajo. Si un aumento del contenido de humedad de una estructura hasta un 3,5% aumenta el límite de resistencia al fuego, entonces un aumento adicional del contenido de humedad del hormigón con una densidad superior a 1200 kg/m 3 durante un incendio de corta duración puede provocar una explosión. del hormigón y rápida destrucción de la estructura.

El límite de resistencia al fuego de una estructura de hormigón armado depende de las dimensiones de su sección transversal, el espesor de la capa protectora, el tipo, cantidad y diámetro del refuerzo, la clase de hormigón y el tipo de árido, la carga sobre la estructura. y su esquema de apoyo.

El límite de resistencia al fuego de las estructuras de cerramiento calentando la superficie opuesta al fuego a 140°C (suelos, paredes, tabiques) depende de su espesor, del tipo de hormigón y de su humedad. A medida que aumenta el espesor y disminuye la densidad del hormigón, aumenta el límite de resistencia al fuego.

Límite de resistencia al fuego basado en la pérdida. capacidad de carga Depende del tipo y estructura de soporte estático de la estructura. Los elementos de flexión de un solo tramo simplemente apoyados (losas de vigas, paneles y forjados, vigas, vigas) se destruyen en caso de incendio como resultado del calentamiento de la armadura de trabajo inferior longitudinal a la temperatura crítica máxima. El límite de resistencia al fuego de estas estructuras depende del espesor de la capa protectora del refuerzo de trabajo inferior, la clase de refuerzo, la carga de trabajo y la conductividad térmica del hormigón. Para vigas y correas, el límite de resistencia al fuego también depende del ancho de la sección.

Con el mismo parámetros de diseño El límite de resistencia al fuego de las vigas es menor que el de las losas, ya que en caso de incendio las vigas se calientan por tres lados (desde la parte inferior y dos caras laterales), y las losas se calientan solo desde la superficie inferior.

El mejor acero de refuerzo en términos de resistencia al fuego es el acero de clase A-III grado 25G2S. La temperatura crítica de este acero en el momento de alcanzar el límite de resistencia al fuego de una estructura cargada con una carga estándar es de 570°C.

Los forjados pretensados ​​de grandes huecos fabricados en fábrica, fabricados en hormigón pesado con una capa protectora de 20 mm y refuerzo de varillas de acero clase A-IV, tienen un límite de resistencia al fuego de 1 hora, lo que permite el uso de estos forjados en edificios residenciales.

Losas y paneles de sección maciza de hormigón armado ordinario con capa protectora 10 mm tienen límites de resistencia al fuego: refuerzo de acero clases A-I y A-II - 0,75 horas; A-III (grado 25G2S) - 1 cucharadita.

En algunos casos, las estructuras flexibles de paredes delgadas (paneles y plataformas huecas y nervadas, travesaños y vigas con un ancho de sección de 160 mm o menos, sin marcos verticales en los soportes) pueden colapsar prematuramente en caso de incendio a lo largo de la sección oblicua. en los soportes. Este tipo de destrucción se evita instalando marcos verticales con una longitud de al menos 1/4 de la luz en las áreas de soporte de estas estructuras.

Las losas apoyadas a lo largo del contorno tienen un límite de resistencia al fuego significativamente mayor que los elementos simples flexibles. Estas losas están reforzadas con armadura de trabajo en dos direcciones, por lo que su resistencia al fuego depende además de la proporción de armadura en los vanos cortos y largos. Para losas cuadradas que tienen esta relación igual a la unidad, la temperatura crítica de la armadura al inicio del límite de resistencia al fuego es de 800°C.

A medida que aumenta la relación de aspecto de la losa, la temperatura crítica disminuye y, por lo tanto, el límite de resistencia al fuego también disminuye. Con relaciones de aspecto superiores a cuatro, el límite de resistencia al fuego es casi igual al límite de resistencia al fuego de las losas apoyadas en dos lados.

Las vigas y losas de vigas estáticamente indeterminadas, cuando se calientan, pierden su capacidad de carga como resultado de la destrucción de las secciones de soporte y de tramo. Las secciones del tramo se destruyen como resultado de una disminución en la resistencia del refuerzo longitudinal inferior, y las secciones de soporte se destruyen como resultado de la pérdida de resistencia del concreto en la zona comprimida inferior, que se calienta a altas temperaturas. La velocidad de calentamiento de esta zona depende del tamaño. sección transversal Por lo tanto, la resistencia al fuego de las losas de vigas estáticamente indeterminadas depende de su espesor, y de las vigas, del ancho y alto de la sección. Con grandes dimensiones de la sección transversal, el límite de resistencia al fuego de las estructuras consideradas es significativamente mayor que el de las estructuras determinadas estáticamente (vigas y losas de un solo tramo simplemente apoyadas) y, en algunos casos (para losas de vigas gruesas, para vigas con fuertes refuerzo de soporte superior) prácticamente no depende del espesor de la capa protectora en el refuerzo inferior longitudinal.

Columnas. El límite de resistencia al fuego de las columnas depende del patrón de aplicación de carga (central, excéntrica), dimensiones de la sección transversal, porcentaje de refuerzo, tipo de agregado grueso de hormigón y espesor de la capa protectora del refuerzo longitudinal.

La destrucción de las columnas cuando se calientan se produce como resultado de una disminución en la resistencia del refuerzo y del hormigón. La aplicación de carga excéntrica reduce la resistencia al fuego de las columnas. Si la carga se aplica con una gran excentricidad, entonces la resistencia al fuego de la columna dependerá del espesor de la capa protectora del refuerzo de tracción, es decir. La naturaleza del funcionamiento de tales columnas cuando se calientan es la misma que la de las vigas simples. La resistencia al fuego de una columna con una pequeña excentricidad se acerca a la resistencia al fuego de las columnas comprimidas centralmente. Las columnas de hormigón sobre granito triturado tienen menos resistencia al fuego (20%) que las columnas sobre piedra triturada de cal. Esto se explica por el hecho de que el granito comienza a colapsar a una temperatura de 573 ° C y la piedra caliza comienza a colapsar a una temperatura de 800 ° C.

Paredes. Durante un incendio, por regla general, las paredes se calientan por un lado y, por lo tanto, se inclinan hacia el fuego o en la dirección opuesta. La pared pasa de una estructura comprimida centralmente a una comprimida excéntricamente con una excentricidad creciente con el tiempo. En estas condiciones, la resistencia al fuego muros de carga V en gran medida Depende de la carga y de su espesor. A medida que aumenta la carga y disminuye el espesor de la pared, disminuye su límite de resistencia al fuego y viceversa.

Con el aumento en el número de pisos de los edificios, la carga sobre las paredes aumenta, por lo tanto, para garantizar la resistencia al fuego necesaria, el espesor de los muros transversales de carga en los edificios residenciales se toma igual (mm): en 5. . Edificios de 9 pisos - 120, 12 pisos - 140, 16 pisos - 160 , en edificios con una altura de más de 16 pisos - 180 o más.

Los paneles de pared exteriores autoportantes de una, dos y tres capas están sujetos a cargas ligeras, por lo que la resistencia al fuego de estas paredes suele satisfacer los requisitos de seguridad contra incendios.

La capacidad de carga de los muros a altas temperaturas está determinada no sólo por los cambios en las características de resistencia del hormigón y el acero, sino principalmente por la deformabilidad del elemento en su conjunto. La resistencia al fuego de las paredes está determinada, por regla general, por la pérdida de capacidad de carga (destrucción) en estado calentado; la señal de calentar una superficie de pared “fría” a 140° C no es típica. El límite de resistencia al fuego depende de la carga de trabajo (el factor de seguridad de la estructura). La destrucción de paredes por impacto unilateral se produce según uno de tres esquemas:

• 1) con el desarrollo irreversible de la deflexión hacia la superficie calentada del muro y su destrucción en la mitad de la altura debido al primer o segundo caso de compresión excéntrica (armadura sobrecalentada u hormigón “frío”);
• 2) con el elemento desviándose al principio en la dirección de calentamiento y en la etapa final en la dirección opuesta; destrucción: en la mitad de la altura sobre hormigón calentado o sobre refuerzo "frío" (estirado);
• 3) con una dirección de desviación variable, como en el esquema 1, pero la destrucción del muro se produce en las zonas de apoyo a lo largo del hormigón de la superficie "fría" o a lo largo de secciones oblicuas.

El primer patrón de falla es típico de paredes flexibles, el segundo y tercero, de paredes con menos flexibilidad y de plataformas soportadas. Si se limita la libertad de rotación de las secciones de soporte del muro, como es el caso de la plataforma de soporte, su deformabilidad disminuye y, por tanto, aumenta el límite de resistencia al fuego. Así, el soporte de plataforma de las paredes (en planos no desplazables) aumentó el límite de resistencia al fuego en un promedio de dos veces en comparación con el soporte con bisagras, independientemente del patrón de destrucción del elemento.

Reducir el porcentaje de refuerzo de la pared con soporte articulado reduce el límite de resistencia al fuego; con soporte de plataforma, el cambio en límites normales El refuerzo de muros prácticamente no influye en su resistencia al fuego. Cuando la pared se calienta en ambos lados simultáneamente ( paredes interiores) no experimenta deflexión por temperatura, la estructura continúa trabajando en compresión central y por lo tanto el límite de resistencia al fuego no es menor que en el caso de calentamiento unilateral.

Principios básicos para calcular la resistencia al fuego. estructuras de hormigón armado

La resistencia al fuego de las estructuras de hormigón armado se pierde, por regla general, como resultado de la pérdida de capacidad de carga (colapso) debido a una disminución de la resistencia, la expansión térmica y la fluencia de temperatura de las armaduras y el hormigón cuando se calientan, así como debido a al calentamiento de la superficie que no está frente al fuego a 140 ° C. Según estos indicadores, el límite de resistencia al fuego de las estructuras de hormigón armado se puede encontrar mediante cálculo.

En general, el cálculo consta de dos partes: térmica y estática.

En la parte de ingeniería térmica, la temperatura se determina a lo largo de la sección transversal de la estructura durante su calentamiento de acuerdo con la norma. condiciones de temperatura. En la parte estática se calcula la capacidad de carga (resistencia) de la estructura calentada. Luego se dibuja un gráfico (Fig. 3.7) para la disminución de su capacidad de carga a lo largo del tiempo. Usando este gráfico, se encuentra el límite de resistencia al fuego, es decir tiempo de calentamiento, después del cual la capacidad de carga de la estructura disminuirá hasta la carga de trabajo, es decir, cuando se produce la igualdad: M rt (N rt) = M n (M n), donde M rt (N rt) es la capacidad de carga de la estructura a flexión (comprimida o excéntricamente comprimida);

M n (M n), - momento flector (fuerza longitudinal) de una carga de trabajo estándar u otra.

Determinación de los límites de resistencia al fuego de estructuras de construcción.

Determinación del límite de resistencia al fuego de estructuras de hormigón armado.

Los datos iniciales para la losa de hormigón armado se dan en la Tabla 1.2.1.1.

Tipo de hormigón: hormigón ligero de densidad c = 1600 kg/m3 con árido grueso de arcilla expandida; Las losas son multihuecas, con huecos redondos, el número de huecos es de 6 piezas, las losas se apoyan en ambos lados.

1) Espesor efectivo losa alveolar hueca tef para evaluar el límite de resistencia al fuego en función de la capacidad de aislamiento térmico según la cláusula 2.27 del Manual de SNiP II-2-80 (Resistencia al fuego):

2) Determinar según la tabla. 8 Directrices para el límite de resistencia al fuego de una losa en función de la pérdida de capacidad de aislamiento térmico para una losa hecha de concreto ligero con un espesor efectivo de 140 mm:

El límite de resistencia al fuego de la losa es de 180 min.

3) Determine la distancia desde la superficie calentada de la losa hasta el eje de la varilla de refuerzo:

4) Utilizando la tabla 1.2.1.2 (Tabla 8 del Manual), determinamos el límite de resistencia al fuego de la losa en función de la pérdida de capacidad portante a a = 40 mm, para hormigón ligero cuando se apoya en dos lados.

Tabla 1.2.1.2

Límites de resistencia al fuego losas de hormigón armado

El límite de resistencia al fuego requerido es de 2 horas o 120 minutos.

5) Según la cláusula 2.27 del Manual para determinar el límite de resistencia al fuego. losas alveolares huecas se aplica un factor de reducción de 0,9:

6) Determinamos la carga total sobre las losas como la suma de cargas permanentes y temporales:

7) Determine la relación entre la parte de acción prolongada de la carga y la carga total:

8) Factor de corrección por carga según cláusula 2.20 del Manual:

9) Según la cláusula 2.18 (parte 1 b) del manual, aceptamos el coeficiente de refuerzo.

10) Determinamos el límite de resistencia al fuego de la losa teniendo en cuenta los coeficientes de carga y refuerzo:

El límite de resistencia al fuego de la losa en términos de capacidad portante es

Con base en los resultados obtenidos durante los cálculos, encontramos que el límite de resistencia al fuego de una losa de hormigón armado en términos de capacidad de carga es de 139 minutos y en términos de capacidad de aislamiento térmico es de 180 minutos. Es necesario tomar el límite más bajo de resistencia al fuego.

Conclusión: límite de resistencia al fuego de losa de hormigón armado REI 139.

Determinación de los límites de resistencia al fuego de columnas de hormigón armado.

Tipo de hormigón: hormigón pesado con densidad c = 2350 kg/m3 con árido grueso de rocas carbonatadas (piedra caliza);

La Tabla 1.2.2.1 (Tabla 2 del Manual) muestra los valores de los límites reales de resistencia al fuego (POf) columnas de hormigón armado Con diferentes características. En este caso, POf no está determinado por el espesor de la capa protectora de hormigón, sino por la distancia desde la superficie de la estructura hasta el eje de la barra de refuerzo de trabajo (), que, además del espesor de la capa protectora , también incluye la mitad del diámetro de la barra de refuerzo de trabajo.

1) Determine la distancia desde la superficie calentada de la columna hasta el eje del refuerzo de varilla usando la fórmula:

2) Según el inciso 2.15 del Manual para estructuras de hormigón con aportación de carbonato, el tamaño de la sección transversal se puede reducir en un 10% con el mismo límite de resistencia al fuego. Luego determinamos el ancho de la columna usando la fórmula:

3) Utilizando la tabla 1.2.2.2 (Tabla 2 del Manual), determinamos el límite de resistencia al fuego para una columna de hormigón ligero con los parámetros: b = 444 mm, a = 37 mm cuando la columna se calienta por todos los lados.

Tabla 1.2.2.2

Límites de resistencia al fuego de columnas de hormigón armado.

El límite de resistencia al fuego requerido está en el rango entre 1,5 horas y 3 horas. Para determinar el límite de resistencia al fuego utilizamos el método de interpolación lineal. Los datos se dan en la tabla 1.2.2.3.

Para resolver la parte estática del problema, reducimos la forma de la sección transversal de una losa de piso de hormigón armado con huecos redondos (Apéndice 2, Fig. 6) a la forma de T calculada.

Determinemos el momento flector en la mitad del vano debido a la acción de la carga estándar y el peso propio de la losa:

Dónde q / norte– carga estándar por 1 metro lineal de losa, igual a:

La distancia desde la superficie inferior (calentada) del panel hasta el eje de los accesorios de trabajo será:

milímetros,

Dónde d– diámetro de las barras de refuerzo, mm.

La distancia media será:

milímetros,

Dónde A– área de la sección transversal de la barra de refuerzo (cláusula 3.1.1.), mm 2.

Determinemos las dimensiones principales de la sección en T calculada del panel:

Ancho: b F = b= 1,49m;

Altura: h F = 0,5 (h-П) = 0,5 (220 – 159) = 30,5 mm;

Distancia desde la superficie no calentada de la estructura hasta el eje de la barra de refuerzo. h oh = h – a= 220 – 21 = 199 milímetros.

Determinamos la resistencia y características termofísicas del hormigón:

Resistencia a la tracción estándar R mn= 18,5 MPa (Tabla 12 o cláusula 3.2.1 para hormigón clase B25);

Factor de confiabilidad  b = 0,83 ;

Resistencia de cálculo del hormigón por resistencia última R bu = R mn /  b= 18,5/0,83 = 22,29 MPa;

Coeficiente de conductividad térmica.  t = 1,3 – 0,00035t Casarse= 1,3 – 0,00035 723 = 1,05 W m -1 K -1 (cláusula 3.2.3.),

Dónde t Casarse– temperatura media durante un incendio igual a 723 K;

Calor especifico CON t = 481 + 0,84t Casarse= 481 + 0,84 · 723 = 1088,32 J kg -1 K -1 (apartado 3.2.3.);

Dado el coeficiente de difusividad térmica:

Coeficientes en función de la densidad media del hormigón. A= 39 s 0,5 y A 1 = 0,5 (cláusula 3.2.8, cláusula 3.2.9.).

Determine la altura de la zona comprimida de la losa:

La tensión en las armaduras de tracción se determina a partir de una carga externa según el Ap. 4:

porque X t= 8,27 mm h F= 30,5 mm, entonces

Dónde Como– el área de la sección transversal total de las barras de refuerzo en la zona de tracción de la sección transversal de la estructura, igual a 5 barras12 mm 563 mm 2 (cláusula 3.1.1.).

Determinemos el valor crítico del coeficiente de cambio en la resistencia del acero de refuerzo:

,

Dónde R su– resistencia de cálculo de la armadura en términos de resistencia última, igual a:

R su = R sn /  s= 390 / 0,9 = 433,33 MPa (aquí  s– factor de fiabilidad del refuerzo, tomado igual a 0,9);

R sn– resistencia a la tracción estándar del refuerzo igual a 390 MPa (Tabla 19 o cláusula 3.1.2).

Lo tengo  stcr1. Esto significa que las tensiones de la carga externa en el refuerzo de tracción exceden la resistencia estándar del refuerzo. Por lo tanto, es necesario reducir la tensión de la carga externa en el refuerzo. Para ello aumentaremos el número de barras de refuerzo del panel12mm a 6. Luego A s= 679 10 -6 (apartado 3.1.1.).

MPa,

.

Determinemos la temperatura crítica de calentamiento del refuerzo portante en la zona de tensión.

Según la tabla de la cláusula 3.1.5. Usando interpolación lineal, determinamos que para refuerzo clase A-III, acero grado 35 GS y  stcr = 0,93.

t stcr= 475°C.

El tiempo que tarda la armadura en calentarse hasta la temperatura crítica para una losa de sección maciza será el límite real de resistencia al fuego.

s = 0,96h,

Dónde X– argumento de la función de error gaussiana (Crump) igual a 0,64 (cláusula 3.2.7.) dependiendo del valor de la función de error gaussiana (Crump) igual a:

(Aquí t norte– la temperatura de la estructura antes del incendio se considera igual a 20С).

El límite real de resistencia al fuego de una losa de forjado con huecos redondos será:

PAG F =  0,9 = 0,960,9 = 0,86 horas,

donde 0,9 es un coeficiente que tiene en cuenta la presencia de huecos en la losa.

Dado que el hormigón es un material no combustible, entonces, obviamente, la clase de riesgo de incendio real de la estructura es K0.

El material más común en
La construcción es de hormigón armado. Combina refuerzo de hormigón y acero,
Dispuesto racionalmente en una estructura para absorber fuerzas de tracción y compresión.
esfuerzo.

El hormigón resiste bien la compresión y
peor: esguince. Esta característica del hormigón es desfavorable para la flexión y
elementos estirados. Los elementos constructivos flexibles más comunes
son losas y vigas.

Para compensar lo desfavorable
En los procesos de hormigón, las estructuras suelen reforzarse con refuerzo de acero. Reforzarse
losas con mallas soldadas formadas por varillas ubicadas en dos mutuamente
direcciones perpendiculares. Las rejillas se colocan en losas de tal manera que
las varillas de su refuerzo de trabajo se ubicaron a lo largo del tramo y se percibieron
Fuerzas de tracción que surgen en estructuras cuando se doblan bajo carga, en
de acuerdo con el diagrama de cargas de flexión.

EN
En condiciones de incendio, las losas están expuestas a altas temperaturas desde abajo,
la disminución de su capacidad de carga se produce principalmente debido a una disminución de
Resistencia del refuerzo de tracción calentado. Normalmente, tales elementos
se destruyen como resultado de la formación de una bisagra de plástico en la sección con
momento de flexión máximo debido a la reducción de la resistencia a la tracción
armadura de tracción calentada al valor de las tensiones operativas en su sección transversal.

Proporcionar protección contra incendios
La seguridad de los edificios requiere una mayor resistencia al fuego y seguridad contra incendios.
estructuras de hormigón armado. Para ello se utilizan las siguientes tecnologías:

• refuerzo de losas
  sólo marcos tejidos o soldados, y no varillas individuales sueltas;
• para evitar el pandeo del refuerzo longitudinal cuando se calienta durante
  Durante un incendio, es necesario proporcionar refuerzo estructural con abrazaderas o
  barras transversales;
• El espesor de la capa protectora inferior del piso de concreto debe ser
  suficiente para que no se caliente a más de 500°C y después de un incendio no
  influyó en el funcionamiento seguro adicional de la estructura.
  La investigación ha establecido que con el límite de resistencia al fuego normalizado R=120, el espesor
  la capa protectora de hormigón debe tener al menos 45 mm, con R=180 - al menos 55 mm,
  a R=240 - no menos de 70 mm;
• en una capa protectora de hormigón a una profundidad de 15 a 20 mm desde el fondo
  la superficie del suelo debe estar provista de una malla de refuerzo antiastillas
  hecho de alambre con un diámetro de 3 mm con un tamaño de malla de 50 a 70 mm, lo que reduce la intensidad
  destrucción explosiva de hormigón;
• Fortalecimiento de las secciones de soporte de pisos transversales de paredes delgadas.
  refuerzo no previsto en los cálculos habituales;
• aumentar el límite de resistencia al fuego debido a la disposición de las losas,
  apoyado a lo largo del contorno;
• solicitud tiritas especiales(utilizando amianto y
  perlita, vermiculita). Incluso con tamaños pequeños de estos apósitos (1,5 - 2 cm)
  la resistencia al fuego de losas de hormigón armado aumenta varias veces (2 - 5);
• aumentar el límite de resistencia al fuego debido a un falso techo;
• protección de componentes y uniones de estructuras con una capa de hormigón con la necesaria
  límite de resistencia al fuego.

Estas medidas garantizarán la adecuada seguridad contra incendios del edificio.
La estructura de hormigón armado adquirirá la necesaria resistencia al fuego y
seguridad contra incendios.

Libros usados:
1.Edificios y estructuras y su sostenibilidad
en caso de incendio. Academia Estatal de Bomberos del Ministerio de Situaciones de Emergencia de Rusia, 2003
2. MDS 21-2.2000.
Recomendaciones metodológicas para el cálculo de la resistencia al fuego de estructuras de hormigón armado.
- M.: Empresa Unitaria Estatal "NIIZhB", 2000. - 92 p.