СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ КИРПИЧНЫХ СТОЛБОВ С РАСТВОРНОЙ ОБОЙМОЙ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений (далее - «зданий»). В частности, оно может быть использовано для классификации кирпичных столбов с растворной обоймой по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих кирпичных столбов с фактическим пределом огнестойкости в зданиях различных классов по их конструктивной пожарной опасности.

Необходимость определения показателей огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой возникает при реконструкции здания, усилении его частей и элементов, приведении огнестойкости кирпичных столбов здания в соответствие с требованиями современных норм, при проведении экспертизы и/или восстановлении кирпичных столбов после пожара или аварии.

При реконструкции капитального здания возможны переустройство и перепланировка помещений, изменение их функционального назначения, замена кирпичных столбов и оборудования. Это влияет на изменение требуемой огнестойкости здания и его несущих конструкций.

Известен способ определения огнестойкости кирпичных столбов здания по результатам изучения последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения столбов в здании, оценку состояния столбов путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов камня, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности конструкции, то есть обрушения в условиях пожара / Ильин, Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979. С. 34-35; 90/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе пределы огнестойкости определяют приближенно по результатам исследования последствий прошедшего пожара. Детальное исследование предопределяет длительную работу эксперта. При этом невозможно определить огнестойкость натурных кирпичных столбов, имеющих другие размеры и другую внешнюю нагрузку. Затруднительно сопоставление полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных кирпичных столбов. Следовательно, этот способ дорог, имеет малую технологическую возможность к повторным испытаниям, трудоемок и требует принятия специальных мер по обеспечению безопасности проводимых работ.

Известен способ оценки огнестойкости кирпичных столбов по результатам натурных огневых испытаний фрагмента зданий, в котором производят осмотр конструкций, определяют влажность материала кладок, назначают статическую нагрузку на столбы соответственно реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на величину предела огнестойкости / ГОСТР 53309-2009. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе велики экономические затраты на проведение огневых испытаний, наблюдения за состоянием кирпичных столбов в условиях экспериментального пожара затруднено и небезопасно, вследствие различий теплового режима опытного и стандартного пожаров затруднено определение истинных значений пределов огнестойкости кирпичных столбов, причины разрушения кирпичных столбов фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости кирпичных столбов может быть не достигнуто из-за более раннего разрушения изгибаемых элементов покрытия фрагмента / Огнестойкость зданий. В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, B.C. Федоренко, А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. С. 252-256 / [3].

Известен способ определения огнестойкости кирпичных столбов здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление характеристик камня и раствора столба, класса и диаметра арматуры, процента армирования по объему кладки, выявление условия их опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности столбов под нормативной нагрузкой в условиях стандартного пожара / ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции / [4].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе испытания проводят на образцах кирпичных столбов, на которые воздействуют только постоянные и длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности, равным единице, то есть проектные нормативные нагрузки. Испытания проводят на специальном стендовом оборудовании в огневых печах до разрушения образцов каменной конструкции. Размеры образцов ограничивают в зависимости от проемов стационарных печей. Следовательно, стандартные огневые испытания трудоемки, не эффективны, не безопасны, имеют малые технологические возможности для проверки на опыте различных по размерам и различно нагруженных кирпичных конструкций, не дают необходимой информации о влиянии единичных показателей качества каменной конструкции на ее огнестойкость. Определение огнестойкости кирпичных столбов по единичному показателю качества, например по толщине, как правило, недооценивает пригодность эксплуатации кирпичных столбов в здании заданной степени огнестойкости. Экономические затраты на проведение испытаний возрастают за счет расходов на возведение образца каменной конструкции по месту установки нагревательных печей и на создание в них стандартного теплового режима. По малому числу испытуемых образцов (2-3 шт.) невозможно судить о действительном состоянии кирпичных столбов здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов кирпичных столбов, их фактических размеров, влияния армирования, условий обогрева опасного сечения испытуемых конструкций.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения огнестойкости кирпичных столбов здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра установление вида кладки, марок кирпича и раствора кладки, вида армирования, марки стали, класса арматуры по прочности на растяжение, выявление условий опирания и крепления кирпичных столбов, установление их предельного состояния по огнестойкости, испытание кирпичных столбов без разрушения, с использованием комплекса единичных показателей качества кирпичных столбов, назначение числа и места расположения участков, в которых определяют показатели качества, дополняя технический осмотр инструментальными измерениями геометрических размеров кирпичных столбов в опасных сечениях, установление прочности кирпича и раствора, толщины швов каменной кладки и качество их заполнения, определение площади сечения кладки; выявление схемы нагрева опасных сечений кирпичных столбов при пожаре; экспериментальное определение показателей плотности и влажности, теплопроводности и теплоемкости кладки в естественном состоянии, выявление показателей термодиффузии кладки в условиях пожара; нахождение временного сопротивления сжатию кладки; установление величины нормативной нагрузки на каменные столбы при испытании на огнестойкость, величины интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости кирпичных столбов под нормативной нагрузкой /Патент №2 357 246 RU МПК-7 G01N 31/38. Ильин Н.А., Тюрников В.В., Эсмонт С.В. Способ определения огнестойкости каменных столбов с сетчатым армированием; заявл. СГАСУ 04.05.09; опубл. 10.05.2009. Бюл. №25/ [5].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе испытания проводят на образцах каменных столбов с сетчатым армированием и, следовательно, способ не применим для определения фактической огнестойкости кирпичного столба с растворной обоймой из-за невозможности учета единичных показателей качества косвенно армированной растворной обоймы.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления кирпичных столбов с растворной обоймой в условиях стандартного огневого испытания; в определении фактических пределов огнестойкости кирпичных столбов при проектировании, строительстве, реконструкции и/или эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании конструкций на огнестойкость.

Технический результат - устранение огневых испытаний кирпичных конструкций в здании или его фрагменте; снижение трудоемкости определения огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных кирпичных столбов любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с испытаниями аналогичных конструкций здания; возможность проведения испытания кирпичных столбов с растворной обоймой на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях кирпичных столбов; упрощение условий и сокращение сроков испытания кирпичных столбов на огнестойкость; использование полипараметрических зависимостей для определения огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой; повышение точности и экспрессивности испытания; использование конструктивных параметров для определения огнестойкости кирпичных конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных кирпичных столбов; повышение достоверности результатов испытаний группы однотипных кирпичных столбов; уточнение единичных показателей качества кирпичных столбов с растворной обоймой, влияющих на их огнестойкость; возможность определения гарантированного предела огнестойкости кирпичных столбов по конструктивным параметрам.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой путем испытания, включающем проведение технического осмотра, установление вида кладки, марок кирпича и раствора кладки, вида армирования, марки стали, класса арматуры по прочности на растяжение, выявление условий крепления кирпичных столбов, установление их предельного состояния по огнестойкости, испытание кирпичных столбов без разрушения, с использованием комплекса единичных показателей качества кирпичных столбов, назначение числа и места расположения участков, в которых определяют показатели качества, установление прочности кирпича и раствора, толщины швов каменной кладки и качество их заполнения, определение площади сечения кладки; выявление схемы нагрева опасных сечений кирпичных столбов при пожаре; выявление показателей термодиффузии кладки в условиях пожара; нахождение временного сопротивления сжатию кладки; установление величины нормативной нагрузки на кирпичные столбы при испытании на огнестойкость, величины интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости кирпичных столбов под нормативной нагрузкой, особенность заключается в том, что технический осмотр дополняют измерениями диаметров стержней поперечной арматуры растворной обоймы, толщины растворной обоймы, глубины заложения стержней поперечной арматуры, выявляют величину сопротивления на растяжение поперечной арматуры, процент косвенного армирования растворной обоймы в опасном сечении кирпичного столба, число и диаметр продольных стержней монтажной арматуры растворной обоймой, и, используя полученные единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой - величину фактического предела огнестойкости по признаку потери несущей способности (R) в условиях стандартного огневого испытания F_u(R), мин, вычисляют по алгебраической формуле (1):

где F_u(R) - предел огнестойкости, мин, кирпичного столба с косвенно армированной растворной обоймой; τ_{u, оба} - время сопротивления, мин, огневому воздействию косвенно армированной растворной обоймы кирпичного столба; τ_{u, кс} - время сопротивления, мин, огневому воздействию оштукатуренного кирпичного столба,

при этом τ_{u, оба,} мин, определяют по математической зависимости (2):

где J_σs - интенсивность силовых напряжений растяжения в поперечной арматуре растворной обоймы (0,1÷1); n - показатель термотекучести поперечной арматуры; k_s - показатель, учитывающий размер диаметра, d, см, стержней арматуры на огнестойкость конструкции: k_s=d^0.05;

С - степень огнезащиты поперечной арматуры растворной обоймы, вычисляемая по алгебраической формуле (3):

где m₀ - показатель, учитывающий условия нагрева поперечной арматуры (m₀=1 и 0,5 - соответственно при 1- и 2-сторонней подводке тепла в условиях огневого воздействия); a _min - минимальное осевое расстояние (глубина заложения) до центра арматуры, см; D_шт - показатель термодиффузии для строительного раствора, мм²/мин; k₀ - коэффициент запаса для растворной обоймы по огнестойкости (k₀=1.25),

а τ_{u, кс}, мин, определяют по математической зависимости (4):

где τ_{u, кс} - время сопротивления (мин) огневому воздействию оштукатуренного кирпичного столба;

B_min - толщина кирпичного столба с обоймой, см;

J_σo - интенсивность напряжений в оштукатуренной каменной кладке столба;

φ_k - коэффициент продольного изгиба остова кирпичного столба;

m_об - коэффициент условий обогрева поперечного сечения остова столба;

D_KK - показатель термодиффузии для кирпичной кладки, мм²/мин;

R_u - нормативное сопротивление каменной кладки, МПа.

За единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой, влияющих на величину предела огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, высоту и размеры сторон поперечного сечения столба с растворной обоймой, толщину швов кладки; временное сопротивление сжатию неармированной кладки, диаметр стержней, глубину их залегания, расстояние между осями стержней поперечной арматуры, процент поперечного армирования по объему кладки, класс арматуры по прочности на растяжение, сопротивление арматуры в кладке; упругую характеристику неармированной кладки, параметры продольного изгиба кирпичных столбов, показатели термодиффузии кладки в условиях огневого испытания; величину нормативной нагрузки на кирпичные столбы при испытании на огнестойкость, величину интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях кирпичных столбов с растворной обоймой.

Неразрушающие испытания проводят для группы однотипных кирпичных столбов с растворной обоймой, различия между прочностью кладки и текучестью арматуры которых обусловлены главным образом случайным фактором. Число испытаний n_ис единичного показателя качества однотипных кирпичных столбов с растворной обоймой, при вероятности результата 0,95 и погрешности 5%, принимают по алгебраической формуле (5):

где υ - выборочный коэффициент вариации результатов испытаний, %.

Схему обогрева поперечных сечений испытуемых кирпичных столбов с растворной обоймой в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

В случае, когда все единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой, при М>9 шт., находятся в контрольных пределах, минимальное целое число столбов в выборке по плану сокращенных испытаний М_мин, шт., назначают из условия (6):

где М - число однотипных конструкций в здании, шт.

В случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества кирпичных столбов с растворной обоймой выходит за границы контрольных пределов, минимальное число столбов в выборке по норме вычисляют по алгебраической формуле (7):

где М - число однотипных конструкций в здании, шт.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем.

Устранение огневых испытаний кирпичных столбов существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижают трудоемкость определения их огнестойкости, расширяют технологические возможности выявления фактической огнестойкости различно нагруженных кирпичных столбов любых размеров, дают возможность проведения испытаний кирпичных столбов на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов со стандартными испытаниями аналогичных кирпичных столбов с растворной обоймой и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его конструкций в процессе испытания. Следовательно, условия испытания кирпичных столбов на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на возведение и огневые испытания образцов кирпичных конструкций.

Применение математического описания процесса сопротивления кирпичных столбов с растворной обоймой стандартному огневому испытанию повышает точность и экспрессивность оценки их огнестойкости.

Применение полипараметрических зависимостей (2)÷(4) удобно вследствие простоты, а также возможности решения обратных задач огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой и применения метода подбора переменных значений их конструктивных параметров.

В предложенном техническом решении предусматривают проведение испытаний не одной, а группы однотипных кирпичных столбов. Это позволяет в 5-10 раз увеличить число испытуемых конструкций и повысить достоверность результатов испытаний и технического осмотра здания. Определение огнестойкости кирпичных столбов только по одному показателю качества, например по толщине, приводит, как правило, к недооценке их предела огнестойкости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества кирпичных столбов имеют различные знаки, и снижение огнестойкости за счет одного показателя может быть компенсировано другими. Вследствие этого в предложенном способе оценку огнестойкости кирпичных столбов предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой.

Уточнен комплекс единичных показателей качества кирпичных столбов, влияющих на их пределы огнестойкости, определяемых неразрушающими испытаниями. Уточнено минимальное число неразрушающих испытаний единичного показателя качества кирпичных столбов с растворной обоймой. Принятая величина выборки из общего числа однотипных кирпичных столбов здания обеспечивает достоверность, снижает сроки и трудоемкость проведения испытаний.

На фиг. 1 приведено продольное сечение кирпичного столба (опасный участок (2/3)·Н, где Н - высота этажа, мм) с растворной обоймой, нагруженного с эксцентриситетом е, см, нормативной нагрузкой при испытании столба на огнестойкость N_ρ, кН.

На фиг. 2 приведено поперечное сечение 1-1 кирпичного столба размерами b×h, см; с растворной обоймой толщиной δ_об, см; схема армирования поперечными стержнями (здесь d-диаметр стержней, см); схема нагрева поперечного сечения столба в условиях стандартного пожара.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - кирпичный столб с растворной обоймой: продольное сечение столба с поперечными стержнями (шаг стержней S, см); 2 - растворная обойма; 3 - сечение кирпичного столба с растворной обоймой; размеры сечения b×h, см; толщина растворной обоймы, см; 4 - растворная обойма (диаметр поперечных стержней d, см; шаг стержней S, см); 5 - нормативная нагрузка при испытании на огнестойкость N_ρ, кН; 6 - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести сечения столба е, см; 7 - швы кладки, заполненные раствором; 8 - направление теплового потока стандартного пожара, t_ст,°С.

Теплофизические характеристики строительных материалов для показателя термодиффузии кирпичных кладок, включая значения D_км, мм²/мин, приведены в таблице 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.

Последовательность действия способа определения огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой зданий состоит в следующем.

Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных кирпичных столбов с растворной обоймой и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных конструкций. Назначают комплекс единичных показателей качества кирпичных столбов, влияющих на огнестойкость. Выявляют условия закрепления концов и опасные сечения кирпичных столбов. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества кирпичных столбов в зависимости от его статистической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой и их интегральные параметры, и, наконец, по ним находят предел фактический (проектный) огнестойкости испытуемых столбов.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния кирпичных столбов с растворной обоймой, включающую выявление условий закрепления и нагрузки отдельных столбов и растворной обоймы, определение марки кирпича и раствора, наличие трещин и отколов, минимальный размер толщины столбов и растворной обоймы, показатели армирования растворной обоймы поперечными стержнями (диаметр стержней, шаг стержней, процент армирования кладки); класс арматуры по прочности на растяжение; условия обогрева поперечного сечения столбов, показатели термодиффузии кладки столба и раствора обойм; упругую характеристику кладки; величину нормативной нагрузки на столбы с растворной обоймой при испытании на огнестойкость.

В процессе осмотра определяют группы однотипных элементов конструкций. Под группой элементов конструкций в здании понимают однотипные кирпичные столбы, изготовленные и возведенные в сходных технологических условиях и находящихся в подобных условиях эксплуатации.

Для поверочных расчетов несущей способности и предела огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой определяют:

1) высоту и толщину столбов, расстояние между перекрытиями здания, отношение высоты столбов к их толщине; толщину растворной обоймы;

2) вид опор кирпичных столбов: жесткие (l₀=0,7·Н), упругие;

3) толщину растворного шва под опорами; эксцентриситет продольной силы;

4) тип и вид, прочностные и деформативные характеристики каменной кладки: из кирпича или керамических камней, из бетонных или природных камней; из ячеисто-бетонных камней;

5) диаметр стержней поперечной арматуры растворной обоймы; расстояние между осями стержней, процент косвенного армирования, сопротивление на растяжение поперечной арматуры, глубину ее заложения.

6) тип кладки в зависимости от марок кирпича и камней; группу кладки в зависимости от марок раствора; вид кладки: армированная, неармированная.

Минимальное целое число конструкций в выборке по плану нормальных или сокращенных испытаний назначают из условий (6) и (7).

Пример 1. При числе однотипных кирпичных столбов в группе М=50 шт., число испытуемых принимают по норме М_н=5+М^0,5=5+50^0,5=12 шт., по сокращенному плану М_мин=0,3·(15+М^0,5)=0,3·(15+50^0,5)≅7 шт.

При числе кирпичных столбов в группе М≤5, их проверяют поштучно.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества кирпичных столбов, определяют так. В кирпичных столбах, имеющих одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении. В кирпичных столбах, имеющих несколько опасных сечений, испытуемые участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества кирпичных столбов с растворной обоймой кирпичных столбов, определяющих огнестойкость, относят: геометрические размеры опасного сечения, высоту и размеры сторон поперечного сечения столба с растворной обоймой, толщину швов кладки; временное сопротивление сжатию неармированной кладки; диаметр стержней, глубину их залегания, расстояние между осями стержней поперечной арматуры; процент поперечного армирования по объему кладки, класс арматуры по прочности на растяжение, сопротивление арматуры в кладке; упругую характеристику неармированной кладки, параметры продольного изгиба кирпичных столбов, показатели термодиффузии кладки в условиях огневого испытания; величину нормативной нагрузки на кирпичные столбы при испытании на огнестойкость, величину интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях кирпичных столбов с растворной обоймой.

Проверяемыми геометрическими размерами являются: минимальный размер толщины кирпичных столбов и их высота и толщина растворной обоймы. Опасные сечения кирпичных столбов назначают в местах наибольших моментов от действия нормативной нагрузки при испытаниях на огнестойкость, с учетом изменения величины коэффициента продольного изгиба столбов по их высоте (длине).

Размеры стен проверяют с точностью ±1 мм; ширину трещин - с точностью до 0,05 мм; диаметр стержней - с точностью 0,1 мм.

Проверку прочности кирпича, камней и раствора кирпичных столбов, включенных в выборку или проверяемых поштучно, производят неразрушающими испытаниями с применением механических и ультразвуковых приборов [1, с. 31-38].

Показатели термодиффузии каменной кладки и раствора обоймы в условиях теплового воздействия определяют при 450°C. Для расчета интегрального его параметра определяют среднюю плотность каменной кладки и строительного раствора в естественном состоянии, их влажность, а также теплопроводность и удельную теплоемкость кладки при 450°C.

Используя полученные интегральные параметры m_о; φ_s; h, см; J_σк; µ_о; D_sk, мм²/мин; R_u, МПа, по зависимостям (2) и (4) находят составляющие предела огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой τ_{u, оба} и τ_u, _кс, мин.

Гарантированный предел огнестойкости кирпичных столбов F_u(R), мин, вычисляют как сумму τ_{u, оба}+τ_u, _кс по полипараметрическим зависимостям (2) и (4) при соответствующем изменении конструктивных параметров: толщине столба с растворной обоймой B_min, см, степени огнезащиты поперечной арматуры С, см; коэффициенте продольного изгиба φ_k, интенсивности силовых напряжений J_σs и J_σк; показателе временного сопротивления сжатию каменной кладки R_u, МПа, показателях термодиффузии каменной кладки D_кк, мм²/ мин, и строительного раствора D_шт, мм²/мин, критической температуры арматурной стали t_cr,°C.

Пример 2. Определение огнестойкости кирпичного столба с растворной обоймой. Исходные данные: кирпичный столб сечением b×h=51×51 см усиляют косвенно армированной растворной обоймой толщиной δ_об=4 см (слой цементно-песчаного раствора марки М 50, показатель термодиффузии D_шт=20,1 мм²/мин); расчетная длина столба L₀=330 см.

Кладка остова столба выполнена из керамического полнотелого кирпича средней плотностью ρ_с=2000 кг/м³ марки М-100 на строительном растворе М-25; упругая характеристика кладки α=1000; сопротивление кладки R=l,l МПа, R_u=2,2 МПа; показатель термодиффузии D_km=22,61 мм²/мин; приложение нагрузки без эксцентриситета (коэффициенты ψ=1; m_g=1; η=1); обогрев поперечного сечения четырехсторонний (при Р=Р₀, показатель m_об=(Р/Р₀)^1.2=1, здесь Р и Р₀ - периметр сечения и обогреваемая часть его, см); столбы здания с нормальным уровнем ответственности (коэффициент γ₀=1,0); состояние кладки без повреждений: коэффициент условий работы кладки m_k=1.

Для косвенного армирования растворной обоймы принята поперечная арматура (хомуты) класса А240, расчетное сопротивление растяжению R_sw=150 МПа (1730 кгс/см²); диаметр d=0,4 см; шаг S=15 см, процент косвенного армирования по объему u_1k=0,066; коэффициент k_s=d^0,05=0,4^0,05=0,955; критическая температура арматуры t_cr=510°C; n=2,8; интенсивность напряжений J_σs=0,625; глубина заложения арматуры a_min=2,6 см; коэффициент условий обогрева m₀=1; коэффициент запаса по огнестойкости растворной обоймы k₀=1,25.

Степень огнезащиты поперечной арматуры вычисляют по формуле (3):

Время сопротивления огневому воздействию косвенно армированной растворной обоймы кирпичного столба τ_u, _оба, мин, вычисляют по формуле (2):

При ψ=1, m_g=l, η=1, m_k=l; u_k=0,066, Rs_w=150 МПа расчетную несущую способность кирпичного столба с косвенно армированной растворной обоймой N_cc определяют по формуле (73) [6]:

Нормативную нагрузку на кирпичный столб с косвенно армированной растворной обоймой в условиях стандартного огневого испытания вычисляют по формуле (8):

Усилие, воспринимаемое косвенно армированной растворной обоймой до начала огневого испытания, вычисляют по формуле (9):

При µ_х=0,066, R_sw=150 МПа, А=0,26·10³ мм² вычисляют N_x:

Интенсивность напряжений в частично оштукатуренной каменной кладке столба вычисляют по формуле (10):

При N_g=245 кН, N_cc=350 кН, N_x=63,7 кН вычисляют J_σ0:

Минимальный размер поперечного сечения оштукатуренного кирпичного столба вычисляют по формуле (11):

При а=2,6 см - глубина заложения поперечной арматуры в растворной обойме, δ_шт=4 см, b_min=51 см, вычисляют B_min:

B_min=51+2(4-2,6)=53,8 см=538 мм.

Коэффициент продольного изгиба частично оштукатуренного кирпичного столба вычисляют по формуле (12):

Здесь

Время сопротивления огневому воздействию частично оштукатуренного кирпичного столба вычисляют по формуле (4):

Фактический предел огнестойкости кирпичного столба с косвенно армированной растворной обоймой F_u(R), мин, вычисляют по формуле (1):

Предложенный способ применен при натурном осмотре кирпичных столбов жилого здания в г. Самаре. Результаты неразрушающих испытаний кирпичных столбов с растворной обоймой b×h=51×51 см; δ_об=4 см (процент косвенного армирования µ_х=0,066), L_o=330 см, - показали предел огнестойкости по потери несущей способности F_u(R)=120 мин (2,0 часа).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Ильин, Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979. - 128 с. (см. с. 16; 34-35).

2. ГОСТ Р 53.309-2009. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования.

3. Бушев, В.П. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, А.И. Яковлев и др. - М.: Стройиздат, 1970. - 261 с. (см. с. 252-256).

4. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

5. Патент №2 357 246 RU, МПК-7 G 01N 31/38. Способ определения огнестойкости каменных столбов с сетчатым армированием / Ильин Н.А., Тюрников В.В., Эсмонт СВ., заявл. СГАСУ 04.05.07, опубл. 10.05.09. Бюл. №25.

6. Пособие по проектированию каменных и арокаменных конструкций (к СНиП П-22-81). - М.: Стройиздат, 1989. - 150 с. (см. с. 32-33).

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий, в частности оно может быть использовано для классификации кирпичных столбов и простенков по показателям сопротивления их воздействию пожара. Сущность изобретения: испытание кирпичных столбов проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая величину фактического предела огнестойкости по потери несущей способности. Для этого определяют геометрические размеры кирпичных столбов с растворной обоймой, условия обогрева столбов, величину коэффициента продольного изгиба, показатели термодиффузии материала кирпичных столбов и раствора обоймы, процент косвенного армирования кладки; величину нормативных нагрузок при испытании на огнестойкость и степень напряжения опасных сечений кирпичных стен. Предел огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой определяют по признаку потери несущей способности. Достигается повышение точности, надежности и достоверности, а также - упрощение и ускорение испытаний. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 2 пр.

1. Способ определения огнестойкости кирпичных столбов с растворной обоймой путем испытания, включающий проведение технического осмотра, установление вида кладки, марок кирпича и раствора кладки, вида армирования, марки стали, класса арматуры по прочности на растяжение, выявление условий крепления кирпичных столбов, установление их предельного состояния по огнестойкости, испытание кирпичных столбов без разрушения, с использованием комплекса единичных показателей качества кирпичных столбов, назначение числа и места расположения участков, в которых определяют показатели качества, установление прочности кирпича и раствора, толщины швов каменной кладки и качество их заполнения, определение площади сечения кладки; выявление схемы нагрева опасных сечений кирпичных столбов при пожаре; выявление показателей термодиффузии кладки в условиях пожара; нахождение временного сопротивления сжатию кладки; установление величины нормативной нагрузки на кирпичные столбы при испытании на огнестойкость, величины интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости кирпичных столбов под нормативной нагрузкой, отличающийся тем, что технический осмотр дополняют измерениями диаметров стержней поперечной арматуры растворной обоймы, толщины растворной обоймы, глубины заложения стержней поперечной арматуры, выявляют величину сопротивления на растяжение поперечной арматуры, процент косвенного армирования растворной обоймы в опасном сечении кирпичного столба, число и диаметр продольных стержней монтажной арматуры растворной обоймой, и, используя полученные единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой, величину фактического предела огнестойкости по признаку потери несущей способности (R) в условиях стандартного огневого испытания F_u(R), мин, вычисляют по алгебраической формуле (1):

где F_u(R) - предел огнестойкости, мин, кирпичного столба с косвенно армированной растворной обоймой; τ_u, _оба - время сопротивления, мин, огневому воздействию косвенно армированной растворной обоймы кирпичного столба; τ_{u, кс} - время сопротивления, мин, огневому воздействию оштукатуренного кирпичного столба;
при этом τ_u, _оба, мин, определяют по математической зависимости (2):

где J_σs - интенсивность силовых напряжений растяжения в поперечной арматуре растворной обоймы (0,1÷1); n - показатель термотекучести поперечной арматуры; k_s - показатель, учитывающий размер диаметра, d, см, стержней арматуры на огнестойкость конструкции k_s=d^0,05;
С - степень огнезащиты поперечной арматуры растворной обоймы, вычисляемая по алгебраической формуле (3):

где m₀ - показатель, учитывающий условия нагрева поперечной арматуры (m₀=1 и 0,5 - соответственно при 1- и 2-сторонней подводке тепла в условиях огневого воздействия); a_min - минимальное осевое расстояние (глубина заложения) до центра арматуры, см; D_шт - показатель термодиффузии для строительного раствора, мм²/мин; k₀ - коэффициент запаса для растворной обоймы по огнестойкости (k₀=1,25);
а τ_{u, кс}, мин, определяют по математической зависимости (4):

где B_min - толщина кирпичного столба с обоймой, см; J_σo - интенсивность напряжений в оштукатуренной каменной кладке столба; φ_k - коэффициент продольного изгиба остова кирпичного столба; m_об - коэффициент условий обогрева поперечного сечения остова столба; D_кк - показатель термодиффузии для кирпичной кладки, мм²/мин; R_u - нормативное сопротивление каменной кладки, МПа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой, влияющих на величину предела огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, высоту и размеры сторон поперечного сечения столба с растворной обоймой, толщину швов кладки; временное сопротивление сжатию неармированной кладки, диаметр стержней, глубину их залегания, расстояние между осями стержней поперечной арматуры, процент поперечного армирования по объему кладки, класс арматуры по прочности на растяжение, сопротивление арматуры в кладке; упругую характеристику неармированной кладки, параметры продольного изгиба кирпичных столбов, показатели термодиффузии кладки в условиях огневого испытания; величину нормативной нагрузки на кирпичные столбы при испытании на огнестойкость, величину интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях кирпичных столбов с растворной обоймой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что неразрушающие испытания проводят для группы однотипных кирпичных столбов с растворной обоймой, различия между прочностью кладки и текучестью арматуры которых обусловлены, главным образом, случайным фактором.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что число испытаний n_ис единичного показателя качества однотипных кирпичных столбов с растворной обоймой, при вероятности результата 0,95 и погрешности 5%, принимают по алгебраической формуле (5):

где υ - выборочный коэффициент вариации результатов испытаний, %.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что схему обогрева поперечных сечений испытуемых кирпичных столбов с растворной обоймой в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае, когда все единичные показатели качества кирпичных столбов с растворной обоймой, при М>9 шт., находятся в контрольных пределах, минимальное целое число столбов в выборке по плану сокращенных испытаний М_мин, шт., назначают из условия (6):

где М - число однотипных конструкций в здании, шт.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества кирпичных столбов с растворной обоймой выходит за границы контрольных пределов, минимальное число столбов в выборке по норме вычисляют по алгебраической формуле (7):

где М - число однотипных конструкций в здании, шт.