Розрахунок вогнестійкості будівельних і залізобетонних конструкцій

– ускорение свободного падения. g - прискорення вільного падіння.

У виробничих будівлях, як правило, використовується аераційна вентиляція, що поєднує в собі принцип роботи гравітаційної вентиляції та використання корисної вітрового навантаження:

Р _АВ = Р + Р u,

де Р u - корисна вітрове навантаження:

Р _u = до · ru ² / ^2,

де к - аеродинамічний коефіцієнт;

r - щільність повітря;

u - швидкість вітру.

Системи вентиляції, повітряного опалення та кондиціонування повітря (вентиляційні системи) відіграють важливу роль у забезпеченні вибухопожежної безпеки в будівлях різного призначення. У приміщеннях з технологічними процесами, пов'язаними з виділенням горючих парів, газів або пилу, системи вентиляції є необхідною умовою забезпечення вибухобезпеки процесу. Вони забезпечують уловлювання та видалення аерозолів, пилу, волокон і інших горючих матеріалів за межі будівлі і, як наслідок, виключають можливість утворення горючої середовища у виробничих приміщеннях. Якщо при проектуванні і монтажі не передбачаються технічні рішення щодо забезпечення вибухопожежної безпеки систем, то вони можуть стати причиною виникнення пожежі та її швидкого розповсюдження по будівлі.

2. Розрахункова частина

2.1 Вогнестійкість будівель і споруд

Визначити розрахунковим шляхом межа вогнестійкості залізобетонної плити перекриття по втраті цілісності і втрати теплоізолювальної здатності, а також межа вогнестійкості залізобетонної колони по втраті несучої здатності, результат розрахунку підтвердити даними з «Посібника з визначення меж вогнестійкості ...». Для обох конструкцій необхідно оцінити можливість крихкого (вибухоподібного руйнування). Параметри бетонної суміші обох конструкцій задані. Плита перекриття спирається по двом найменшим сторонам і працює на вигин, колона - на осьовий стиск (ексцентриситет дорівнює нулю).

Вихідні дані

Параметри бетонної суміші: щільність бетону - 2250 кг / м ^3; витрата: цементу - 550 кг / м ^3, піску - 1050 кг / м ^3, щебеню - 600 кг / м ^3, води - 250 кг / м ^3; вид щебеню - І (вапняк); вологість повітря в приміщенні - 65%.

в; диаметр арматуры – 24 мм; толщина защитного слоя – 30 мм; толщина плиты – 45 мм; ширина ребра – 80 мм; количество арматурных стержней в ребрах – 2; расстояние между ребрами – 60 мм; высота ребра – 450 мм; наличие пустот – нет; уровень нагрузки – 65%. Параметри залізобетонної плити перекриття: міцність бетону - 40 МПа; модуль пружності бетону - 24 ГПа = 24000 МПа; клас арматури - А III в; діаметр арматури - 24 мм; товщина захисного шару - 30 мм; товщина плити - 45 мм, ширина ребра - 80 мм; кількість арматурних стержнів в ребрах - 2; відстань між ребрами - 60 мм, висота ребра - 450 мм; наявність пустот - ні; рівень навантаження - 65%. ; диаметр арматуры – 30 мм; толщина защитного слоя – 28 мм; количество обогреваемых сторон – 3; уровень нагрузки – 95%. Параметри залізобетонної колони: розміри поперечного перерізу - 450 × 450 мм; клас арматури - А I; діаметр арматури - 30 мм; товщина захисного шару - 28 мм; кількість обігріваються сторін - 3; рівень навантаження - 95%.

Аналіз вогнестійкості плит перекриття серії 1.442.1-1 (2)

Величина границі вогнестійкості залізобетонної конструкції визначена шляхом розрахунку меж вогнестійкості за втратою несучої і теплоізолювальної здатності, а також оцінки.

Загальна оцінка можливості крихкого руйнування бетону при пожежі проведена за «Рекомендацій щодо захисту бетонних і залізобетонних конструкцій від крихкого руйнування» з урахуванням положень МДС 21-2.2000 «Методичні рекомендації щодо розрахунку вогнестійкості та огнесохранності залізобетонних конструкцій». ): Оцінка проведена за критерієм крихкого руйнування (F):

де а = 1.16 ∙ 10 ^-2 Вт ∙ м ^{3 / 2} ∙ кг ^-1 - коефіцієнт пропорційності;

=9.25 10 ^-6 1/град – коэффициент линейной температурной деформации бетона на гранитном заполнителе; α _bt = 9.25 10 ^-6 1/град - коефіцієнт лінійної температурної деформації бетону на гранітному заповнювачі;

=0.6 – температурный коэффициент снижения модуля упругости при пожаре; β _t = 0.6 - температурний коефіцієнт зниження модуля пружності при пожежі;

= Е _b β _t =24000∙0.6=14400 МПа – модуль упругости нагретого бетона; Е _bt = Е _b β _t = 24000 ∙ 0.6 = 14400 МПа - модуль пружності нагрітого бетону;

ρ = 2250 кг / м ³ - щільність бетону в сухому стані (без вологи);

λ = 1.11 Вт / м град. - Коефіцієнт теплопровідності;

До ₁ ^/ = 0.53 МПа ^{-3 / 2} - коефіцієнт псевдоінтенсівності напруг неоднорідного матеріалу.

, β _{t ,} ρ , λ определены для температуры бетона при пожаре 200°С. Значення коефіцієнтів α _bt, β _t, ρ, λ визначені для температури бетону при пожежі 200 ° С.

Загальна пористість бетону (П) з щільним заповнювачем при В / Ц = 0.4:

П = Ц (В / Ц - 0.2) 10 ^-3 = 550 (0.4-0.2) 0.001 = 0.11 м ³ / м ^3,

де Ц = 550 кг / м ³ - витрата цементу;

В / Ц = = 0.4 - водо-цементне відношення.

Вологість бетону по масі (W _в) прийнята в залежності від відносної розрахункової вологості повітря в приміщенні (φ = 65%), при якій буде експлуатуватися конструкція, і витрати цементу (550 кг):

W _в = 0.03 кг / кг.

Експлуатаційна об'ємна вологість бетону W _0е з щільними заповнювачами визначена як його середня рівноважна вологість:

W _0е = W _в ρ ^10-3 = 0.03 ∙ 2250 ∙ 0.001 = 0.0675 м ³ / м ^3.

Критерій крихкого руйнування (F) знаходиться в інтервалі від 4 до 6 отже, при пожежі бетон крихко руйнується. Імовірність крихкого руйнування бетону може бути знижена при збільшенні товщини полиці плити, з таким розрахунком, щоб її значення знаходилося в безпечній зоні. При товщині полиці 100 мм відбувається зниження ймовірності крихкого руйнування бетону. Для повного запобігання крихкого руйнування бетону при пожежі необхідно знизити його об'ємну вологість нижче критичного значення (W _0кр).

Значення об'ємної критичної вологості бетону (W _0кр):

де с = 0.58 Вт м / (МПа ⁰ С) - коефіцієнт пропорційності;

R _btn = 1.5 МПа - нормативний опір бетону осьовому розтягуванню;

μ _кр = σ _сж / R _bn = 0.95 - критичне значення відносного стискає напруги.

W _0е <W _0кр - бетон даної конструкції крихко руйнуватися не буде.

Розрахунок п рідшала вогнестійкості за втратою несучої здатності

) для наиболее неблагоприятного сочетания параметров конструкций. Оскільки в серії передбачені плити перекриття, що мають різні параметри поздовжньої арматури (кількість стрижнів, діаметр), визначення межі вогнестійкості за втратою несучої здатності проводиться за відносним навантажень (μ = σ / R _sn) для найбільш несприятливого поєднання параметрів конструкцій.

Розрахунок проводиться за методикою «Рекомендацій щодо розрахунку меж вогнестійкості бетонних і залізобетонних конструкцій» [4]. Плити перекриття при установці на балки розташовуються поруч, таким чином, вплив пожежі безпосередньо на ребро розраховується конструкції (Р) можливо з двох взаємно перпендикулярних сторін. Відстань до осі арматури 45 мм, при цьому товщина захисного шару бетону для всіх плит перекриття серії передбачена не менше 30 мм.

Оскільки ξ <, руйнування конструкції відбувається за втратою міцності арматури, перевірка стиснутої зони бетону за втратою міцності при нагріванні - не доцільна.

Розрахункова величина x ∙ для арматури:

м.

де δ = 0.03 м, товщина захисного шару бетону;

φ ₁ = 0.62; φ ₂ = 0.5 - розрахункові коефіцієнти, які залежать від щільності бетону [4];

d = 0.024 м - мінімальний діаметр поздовжньої арматури;

= 0.00133 м ² /ч – приведенный коэффициент температуропроводности. a _red = 0.00133 м ² / год - наведений коефіцієнт температуропровідності.

= 0,02 м – минимальный диаметр арматуры при толщине защитного слоя 30 мм. d _s = 0,02 м - мінімальний діаметр арматури при товщині захисного шару 30 мм.

): За 45 хвилин (τ = 0.75 години) в плиті перекриття прогрівається шар товщиною (l):

м

Відстань до осі арматури:

мм

Відстань від зовнішнього краю ребра сусідній з розраховується плити (С) до арматури розраховується плити (Р) менше , таким образом, обогрев происходит с трех сторон. l, таким чином, обігрів відбувається з трьох сторін.

= μ =0.95. Критичне значення коефіцієнта умов роботи арматури приймається рівне критичного значення відносної навантаження γ _st = μ = 0.95.

Відносне відстань для критичної температури арматури при двосторонньому обігріві конструкції:

для густини сухого бетону 2250 кг / м ^3.

Межа вогнестійкості за втратою несучої здатності:

Оскільки ймовірність відколу найбільш імовірна в тонкостінних конструкціях в зоні стиску бетону, то в ребрах плит перекриття крихке руйнування малоймовірно, таким чином, зменшення товщини захисного шару бетону не відбудеться. Межа вогнестійкості за втратою несучої здатності плит перекриття при рівні відносної навантаження 95% від максимального - становить 41 хвилина.

Розрахунок межі вогнестійкості по втраті теплоізолювальної здатності

Розрахунок зроблений за методикою «Рекомендацій щодо розрахунку меж вогнестійкості бетонних і залізобетонних конструкцій» [5]. Втрата теплоізолювальної здатності плити перекриття настає при підвищенні температури необігрівальної поверхні в середньому на 140 ° С. Для розрахунку прийнятий односторонній одновимірний прогрів конструкції при вільному теплоотводе з поверхні. = 140+20=160 °С. Як критичної температури необігрівальної поверхні прийнята t _cr = 140 +20 = 160 ° С. Мінімальна товщина полиці конструкцій даних серій становить 50 мм.

Відносне відстань для критичного прогріву бетону:

Товщина шару бетону, прогрітого до критичної температури за 45 хвилин.

Таким чином, конструкція при товщині полки 49 мм не забезпечує межу вогнестійкості по втраті теплоізолювальної здатності 45 хвилин. Оскільки х _t , то аналитическое определение предела огнестойкости по указанной методике не возможно, он находится по графику. > 0.7 h _f, то аналітичне визначення межі вогнестійкості по вказаній методиці не можливо, він знаходиться за графіком.

Межа вогнестійкості плити перекриття по втраті теплоізолювальної здатності без урахування можливого крихкого руйнування при товщині полки 49 мм - становить 30 хвилин, з урахуванням набетонки з сумарною товщиною 100 мм - 90 хвилин.

30. Межа вогнестійкості плит перекриття по серіях 1.442.1-1 (2) і 1.442.1-5.98 - REI 30. 45. При збільшенні сумарної товщини полиці з використанням негорючих матеріалів до сумарної величини 100 мм - REI 45.

При товщині полки 49 мм при пожежі буде відбуватися крихке руйнування бетону. Крихкого руйнування бетону можна уникнути при збільшенні товщини полки до 100 мм і зменшенні об'ємної вологості бетону конструкції менше 2.5%.

Межа вогнестійкості може бути збільшений більше 45 хвилин одним з таких конструктивних рішень: встановленням дротяної сітки з осередками 15 мм і діаметром дроту 1 мм на відстані від нагрівається поверхні не більше 5-10 мм; нанесенням теплоізолювальної штукатурки завтовшки 10-20 мм з легкого бетону за поверхні конструкції; дисперсним армуванням бетону біля нагрівається поверхні конструкції на глибину 10-20 мм азбестом (5-7% від маси в'яжучого).

Оцінка можливості крихкого руйнування бетону при пожежі однакова і для колони.

соответствует классу арматуры S 400. Клас арматури А III відповідає класу арматури S 400. Клас бетону приймаємо таким же, як і в плиті перекриття - З 30/37.

Ставлення ексцентриситету до висоти перерізу: _.

Знаходимо розрахункові опори бетону й арматури при нормальних умовах:

Площа перерізу робочої арматури:

Відстань до осі арматури: _.

Несуча здатність колони при нормальних умовах:

де φ = 1, так як ;

- Площа перерізу стиснутої зони бетону.

Рівень навантаження колони - 55%, тоді розрахункова величина зовнішнього навантаження на колону дорівнює:

.

Характеристики колони при нагріванні трьох обігріваються сторін: перша і друга обігріваються взаємно паралельні і перпендикулярні третьою.

15 хвилина пожежі (τ = 0.25 год)

Для визначення температури в арматурі визначається фіктивна товщина захисного шару арматури і товщина прогрітого шару:

При тристоронньому обігріві конструкції температура бетону та арматури дорівнює:

так, як , То , Отже, обігріваються не впливають на температуру в розглянутій точці.

Коефіцієнт умов роботи арматури при даній температурі .

Товщина прогрітого до критичної температури шару

- У першої та другої поверхонь, що обігріваються:

- У третьої поверхні, що обігрівається:

Розрахункові ширина і довжина перерізу колони при пожежі складуть:

Розрахункові опори бетону та арматури для визначення межі вогнестійкості:

Площа бетонного перерізу колони:

Несуча здатність колони при пожежі:

30 хвилина пожежі (τ = 0.5 год)

Для визначення температури в арматурі визначається фіктивна товщина захисного шару арматури і товщина прогрітого шару:

При тристоронньому обігріві конструкції температура бетону та арматури дорівнює:

так, як , То , Отже, обігріваються не впливають на температуру в розглянутій точці.

Коефіцієнт умов роботи арматури при даній температурі .

Товщина прогрітого до критичної температури шару:

- У першої та другої поверхонь, що обігріваються:

- У третьої поверхні, що обігрівається:

Розрахункові ширина і довжина перерізу колони при пожежі складуть:

Розрахункові опори бетону та арматури для визначення межі вогнестійкості:

Площа бетонного перерізу колони:

Несуча здатність колони при пожежі:

60

хвилина пожежі (τ = 1 год)

Для визначення температури в арматурі визначається фіктивна товщина захисного шару арматури і товщина прогрітого шару:

При тристоронньому обігріві конструкції температура бетону та арматури дорівнює:

так, як , То , Отже, обігріваються не впливають на температуру в розглянутій точці.

Коефіцієнт умов роботи арматури при даній температурі .

Товщина прогрітого до критичної температури шару:

- У першої та другої поверхонь, що обігріваються:

- У третьої поверхні, що обігрівається:

Розрахункові ширина і довжина перерізу колони при пожежі складуть:

Розрахункові опори бетону та арматури для визначення межі вогнестійкості:

Площа бетонного перерізу колони:

Несуча здатність колони при пожежі:

45. Несуча здатність колони вичерпана на 48 хвилині, отже межа вогнестійкості даної будівельної конструкції складе R ​​45.

2.2 Противибухові захист

Визначити категорію виробничого приміщення з вибухопожежної та пожежної небезпеки. Визначити необхідність влаштування легкоскидних конструкцій (ЛСК) та їх параметри.

Параметри приміщення:

Обсяг обладнання, м ³ - 48

Обсяг апарату, м ³ - 0,77

Ступінь заповнення - 0,96

Кратність вентиляції, 1 / год - 8

Швидкість повітря, м / с - 0,4

Відстань до засувок, м - 14

Діаметр трубопроводу, мм - 94

Витрата трубопроводу, л / с - 9

Тиск в трубопроводі, МПа - 0,5

Привід засувок - авт.

Обмеження розтікання% від площі підлоги - 30

Товщина віконного скла, мм - 5

Співвідношення сторін аркуша скла - 1:2

Максимальна площа скління, м ² - 29

Обсяг приміщення, м ³ - 3127

Визначення категорії приміщення за вибухопожежною та пожежною небезпекою

Метан, СН4

Фізико-хімічні властивості: Безбарвний газ. Мовляв. маса 16,04; плотн. 0,7168 кг / м ³ при 0 ° С; т. кип. 161,58 ° С; lg p = 5,68923 - 380,224 / (264,804 + t) при т-рі від -182 до -162 ° С; коеф. диф. газу в повітрі 0,196 см ² / с; тепл. образів. -74,8 КДж / моль; тепл. cгop. -802 КДж / моль.

Пожежонебезпечні властивості: Горючий газ. Т. самовоспл. 535 ° С; конц. межі розпод. пл.: ​​у повітрі 5,28-14,1% об., в кисні 5,1-61% об., в геміоксіде азоту 4,3-22,9% об., в оксиді азоту 8,6-21, 7% об., в хлорі 5,6-70% об.; макс. тиск. вибуху 706 кПа; макс. швидкість наростання тиск. 18 МПа / с; норм. швидкість розпод. пл. 0,338 м / с; мінім. енергія запалювання 0,28 мДж в повітрі і 0,0027 мДж в кисні; мінім. флегма. конц. розріджувача,% об.: № 37, Н _​​2 О 29, СО ₂ 24, Аr 51, Н ₂ 39, CCl ₄ 13; МВСК 11% об.

Відповідно до НПБ 5-2005 при розрахунку значень критеріїв вибухопожежної небезпеки як розрахунковий слід вибирати найбільш несприятливий варіант аварії або період нормальної роботи апаратів, при якому у вибуху бере участь найбільша кількість речовин або матеріалів, найбільш небезпечних щодо наслідків вибуху.

Надмірний тиск вибуху для метану визначається за формулою:

де - Максимальний тиск вибуху стехиометрической газо-або пароповітряної суміші в замкнутому об'ємі, для метану = 706 кПа;

- Початковий тиск, кПа (допускається приймати рівним 101 кПа);

- Маса метану, який вийшов в результаті розрахункової аварії до приміщення;

Z - коефіцієнт участі пального у вибуху, який для горючих газів дорівнює 0,5;

- Вільний об'єм приміщення, куб. м, який вираховується за формулою: (М ^3).

- Щільність газу або пари при розрахунковій температурі. Оскільки t не вказана приймаємо її рівною 61 град. C:

- Стехіометричні концентрація метану, яка визначається за формулою:

Маса метану, що вийшов в результаті розрахункової аварії до приміщення, визначається за формулою:

де - Об'єм газу, що вийшов з апарата: м ^3;

- Об'єм газу, що вийшов з трубопроводів, м ^3, визначається за формулою:

де , - Об'єм газу, що вийшов з трубопроводів до і після відключення, м ^3;

- Витрата газу, м ³ / с;

- Час відключення, с;

- Тиск у трубопроводі, кПа;

- Радіус трубопроводу, м;

- Довжина трубопроводу від аварійного апарату до засувок, м.

Оскільки отже, приміщення належить до категорії А з вибухопожежної та пожежної небезпеки.

Визначення площі легкоскидних конструкцій

Нижній концентраційний межа поширення полум'я:

Розрахункова нормальна швидкість поширення полум'я за умовою дорівнює 0,338 м / с.

Коефіцієнт, що визначає ступінь заповнення об'єму приміщення вибухонебезпечною сумішшю та її участь у вибуху визначається за формулою:

Ступінь заповнення об'єму приміщення вибухонебезпечною сумішшю визначається за формулою:

Розрахунковий обсяг полум'я визначається за формулою:

Обсяг полум'я менше ніж обсяг приміщення.

Ступінь захаращеності приміщення будівельними конструкціями та обладнанням визначається за формулою:

Показник інтенсифікації вибухового горіння визначається за таблицею в залежності від величини обсягу, займаного обладнанням і будівельними конструкціями в об'ємі приміщення, й обсягу:

для малогабаритного обладнання та будівельних конструкцій при Θ = 1,54:

_Г =3127 м ² при Θ =3: - Для V _Г = 3127 м ² при Θ = 3:

_Г =3127 м ² при Θ =6: - Для V _Г = 3127 м ² при Θ = 6:

_Г =3127 м ² при Θ =3.205: - Для V _Г = 3127 м ² при Θ = 3.205:

для великогабаритного обладнання .

Проміжне значення показника інтенсифікації вибухового горіння визначається за формулою:

Остаточне значення показника інтенсифікації визначається як:

Розрахункова швидкість поширення полум'я визначається за формулою:

Оскільки розрахункова швидкість поширення полум'я менше 65 м / с, то можливе ефективне використання ЛСК для зниження надлишкового тиску у вибухонебезпечному приміщенні. По таблиці 3.4 (2006) знаходимо величину надлишкового тиску:

Розрахункову ступінь стиснення продуктів горіння при вибуху приймаємо рівної .

Коефіцієнт , Що враховує ступінь заповнення об'єму приміщення вибухонебезпечної пароповітряної сумішшю визначається за формулами:

Так як , Тоді .

Приймаються ширину приміщення 16 м, довжиною 52 м.

Величина коефіцієнта К _Ф визначається за формулою:

, Для подальших розрахунків приймаємо К _Ф = 0.72.

Розрахункова щільність газу у вибухонебезпечному приміщенні перед займанням визначається за формулою:

Як ЛСК для зниження надлишкового тиску в приміщенні використовується віконна палітурка. Розміри стекол приймаємо:

За таблицями лінійною інтерполяцією визначаємо коефіцієнти і :

Величина наведеного тиску розтину подвійного віконного скління визначається за формулою:

Коефіцієнт розтину скління при вибуху визначається за таблицею лінійною інтерполяцією:

Мінімальна площа ЛСК в зовнішньому огорожі визначається за формулою:

Площа ЛСК в зовнішньому огородженні вибухонебезпечного приміщення при використанні подвійного скління визначається за формулою:

Висновок: площа скління недостатня.

3. Експертиза проектних матеріалів

Провести перевірку закладених проектних рішень на відповідність протипожежним нормам і правилам. Використовувати при перевірці метод зіставлення. Сутність цього методу полягає в зіставленні запроектованих рішень протипожежним вимогам норм і правил. Перевірку необхідно провести в такій послідовності:

- Визначення закладених у проекті рішень щодо забезпечення його протипожежного захисту;

- Визначення вимог, викладених у нормативних документах;

- Порівняльний аналіз з проміжними висновками.

цегла

цегла