Потенциальная пожароопасность зданий и сооружений - Огнестойкость железобетонных конструкций

Огнестойкость железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции благодаря их негорючести и сравнительно небольшой теплопроводности довольно хорошо со­противляются воздействию агрессивных факторов пожара. Однако они не могут беспредельно сопротивляться пожару. Современные железобетонные конструкции, как правило, выполняют тонко­стенными, без монолитной связи с другими элементами здания, что ограничивает их способность осуществлять свои рабочие функции в условиях пожара до 1 ч, а иногда и менее. Еще меньшим преде­лом огнестойкости обладают увлажненные железобетонные кон­струкции. Если повышение влажности конструкции до 3,5% уве­личивает предел огнестойкости, то дальнейшее повышение влаж­ности бетона плотностью более 1200 кг/м³ при кратковременном действии пожара может вызвать взрыв бетона и быстрое разруше­ние конструкции.

Предел огнестойкости железобетонной конструкции зависит от размеров ее сечения, толщины защитного слоя, вида, количества и диаметра арматуры, класса бетона и вида заполнителя, нагрузки на конструкцию и схемы ее опирания.

Предел огнестойкости ограждающих конструкций по про­греву - противоположной огню поверхности на 140°С (перекрытия, стены, перегородки) зависит от их толщины, вида бетона и его влажности. С увеличением толщины и уменьшением плотности бетона предел огнестойкости возрастает.

Предел огнестойкости по признаку потери несущей способ­ности зависит от вида и статической схемы опирания конструк­ции. Однопролетные свободно опертые изгибаемые элементы (балочные плиты, панели и настилы перекрытий, балки, прогоны) при действии пожара разрушаются в результате нагревания про­дольной нижней рабочей арматуры до предельной критической температуры. Предел огнестойкости этих конструкций зависит от толщины защитного слоя нижней рабочей арматуры, класса арма­туры, рабочей нагрузки и теплопроводности бетона. У балок и прогонов предел огнестойкости зависит еще от ширины сечения.

При одних и тех же конструктивных параметрах предел ог­нестойкости балок меньше, чем плит, так как при пожаре балки обогреваются с трех сторон (со стороны нижней и двух боковых граней), а плиты - только со стороны нижней поверхности.

Наилучшей арматурной сталью с точки зрения огнестой­кости является сталь класса А-III марки 25Г2С. Критическая тем­пература этой стали в момент наступления предела огнестойкости конструкции, загруженной нормативной нагрузкой, составляет 570°С.

Выпускаемые заводами крупнопустотные предварительно напряженные настилы из тяжелого бетона с защитным слоем 20 мм и стержневой арматурой из стали класса А-IV имеют предел огнестойкости 1 ч, что позволяет использовать данные настилы в жилых зданиях.

Плиты и панели сплошного сечения из обычного железобе­тона при защитном слое 10 мм имеют пределы огнестойкости:

арматура из стали классов А-I и А-II - 0,75 ч; А-III (марки 25Г2С) - 1 ч.

В ряде случаев тонкостенные изгибаемые конструкции (пустотные и ребристые панели и настилы, ригели и балки при ширине сечения 160 мм и менее, не имеющие вертикальных кар­касов у опор) при действии пожара могут разрушаться прежде­временно по косому сечению у опор. Такой характер разрушения предотвращают путем установки на приопорных участках данных конструкций вертикальных каркасов длиной не менее 1/4 пролета.

Плиты, опертые по контуру, имеют предел огнестойкости значительно выше, чем простые изгибаемые элементы. Эти плиты армированы рабочей арматурой в двух направлениях, поэтому их огнестойкость зависит дополнительно от соотношения арматуры в коротком и длинном пролетах. У квадратных плит, имеющих данное соотношение, равное единице, критическая температура арматуры при наступлении предела огнестойкости составляет 800°С.

С увеличением соотношения сторон плиты критическая температура уменьшается, следовательно, снижается и предел ог­нестойкости. При соотношениях сторон более четырех предел ог­нестойкости практически равен пределу огнестойкости плит, опертых по двум сторонам.

Статически неопределимые балки и балочные плиты при нагревании утрачивают несущую способность в результате разру­шения опорных и пролетных сечений. Сечения в пролете разру­шаются в результате снижения прочности нижней продольной арматуры, а опорные сечения - вследствие потери прочности бе­тона в нижней сжатой зоне, нагревающейся до высоких темпера­тур. Скорость прогрева этой зоны зависит от размеров поперечно­го сечения, поэтому огнестойкость статически неопределимых балочных плит зависит от их толщины, а балок - от ширины и высоты сечения. При больших размерах поперечного сечения предел огнестойкости рассматриваемых конструкций значительно выше, чем статически определимых конструкций (однопролетные свободно опертые балки и плиты), и в ряде случаев (у толстых балочных плит, у балок, имеющих сильную верхнюю опорную арматуру) практически не зависит от толщины защитного слоя у продольной нижней арматуры.

Колонны. Предел огнестойкости колонн зависит от схемы приложения нагрузки (центральное, внецентренное), размеров поперечного сечения, процента армирования, вида крупного за­полнителя бетона и толщины защитного слоя у продольной арма­туры.

Разрушение колонн при нагревании происходит в результа­те снижения прочности арматуры и бетона. Внецентренное при­ложение нагрузки уменьшает огнестойкость колонн. Если нагруз­ка приложена с большим эксцентриситетом, то огнестойкость ко­лонны будет зависеть от толщины защитного слоя у растянутой арматуры, т.е. характер работы таких колонн при нагревании та­кой же, как и простых балок. Огнестойкость колонны с малым эксцентриситетом приближается к огнестойкости центрально-сжатых колонн. Колонны из бетона на гранитном щебне облада­ют меньшей огнестойкостью (на 20%), чем колонны на известковом щебне. Это объясняется тем, что гранит начинает разрушать­ся при температуре 573°С, а известняки начинают разрушаться при температуре начала их обжига 800° С.