СПОСОБ ОЦЕНКИ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТАЛЬНОЙ ФЕРМЫ ЗДАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N3/60 G01N25/00 

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, далее - зданий. В частности, оно может быть использовано для классификации стальных ферм зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования стальных ферм с фактическим (проектным) пределом огнестойкости в зданиях различных классов по их пожароопасности.

Необходимость определения показателей огнестойкости стальных ферм возникает при строительстве и реконструкции здания, усилении его частей и элементов, приведении огнестойкости стальных ферм в соответствие с требованиями современных строительных норм, при проведении экспертизы и/или восстановлении конструкций здания после пожара.

Известен способ оценки огнестойкости стальных ферм здания по результатам изучения последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения конструкции в здании, оценку состояния конструкции путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов строительной стали, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности конструкции, то есть обрушения в условиях действия внешней нагрузки и огневого воздействия натурного пожара /Ильин Н.А. Техническая экспертиза зданий, поврежденных пожаром. М.: Стройиздат, 1983, с. 90-91, 131, 134/ [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 конструкций, имеющих другие размеры и другую внешнюю нагрузку. Затруднительно сопоставление полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных конструкций. Следовательно, этот способ дорог, имеет малую технологическую возможность к повторным испытаниям, трудоемок и опасен для испытателей.

Известен способ оценки огнестойкости стальных ферм по результатам натурных огневых испытаний фрагмента здания, в котором производят осмотр конструкций, определяют марку стали, назначают испытательную нагрузку на конструкцию соответственно реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на огнестойкость испытуемой конструкции, и величину фактического предела огнестойкости/ГОСТ Ρ 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, наблюдение за состоянием конструкций в условиях экспериментального пожара затруднено и небезопасно, вследствие различий теплового режима натурного и стандартного пожаров затруднено определение истинных значений пределов огнестойкости конструкций, причины разрушения стальных ферм фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости стальных ферм может быть не достигнуто из-за более раннего разрушения элементов покрытия или стен фрагмента /Огнестойкость зданий. В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, B.C. Федоренко, А.И. Яковлев. М.: Стройиздат, 1970, с. 112; 252-256/ [3].

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки огнестойкости стальных ферм здания путем неразрушающего испытания, включающего проведение технического осмотра, установление сортамента и марки стали, выявление условия опирания и крепления концов стальных ферм, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности конструкции под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия /ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции/ [4] - принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе испытания проводят на образце конструкции, на который воздействуют 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 конструкций. 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 конструкций, не дают необходимой информации о влиянии единичных показателей качества стальной конструкции на ее огнестойкость. Определение огнестойкости стальной фермы по единичному показателю качества, например по толщине металла, как правило, недооценивает пригодность эксплуатации конструкции в здании заданной степени огнестойкости. Экономические затраты на проведение испытаний возрастают за счет расходов на демонтаж стальной фермы, транспортирование к 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 стальной фермы здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов элементов решетки фермы, их фактических размеров, фактической схемы обогрева опасного сечения испытуемой конструкции в условиях пожара.

Сущность изобретения заключается в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления стальной конструкции в условиях пожара; в определении проектного предела огнестойкости стальной фермы при проектировании, строительстве или эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании конструкций на огнестойкость.

Технический результат - устранение натурных огневых испытаний конструкции в здании или его фрагменте; снижение трудоемкости определения огнестойкости конструкций; расширение технологических возможностей определения проектной огнестойкости различно нагруженных конструкций любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с испытаниями аналогичных конструкций здания; возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях конструкций; упрощение условий и сокращение сроков испытания конструкций на огнестойкость; повышение точности и экспрессивности испытания; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных конструкций; повышение достоверности результатов испытаний; учет реального ресурса конструкции по огнестойкости использованием комплекса единичных показателей их качеств; увеличение достоверности определения приведенной толщины металла и условий обогрева поперечного сечения элементов фермы в условиях пожара; уточнение единичных показателей качества стальных конструкций, влияющих на их огнестойкость, возможность определения гарантированного предела огнестойкости стальной фермы по ее конструктивным параметрам.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе оценки огнестойкости стальной фермы здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, инструментальное измерение геометрических характеристик элементов фермы в их опасных сечениях; выявление условий опирания и крепления элементов фермы, схем обогрева их поперечных сечений; установление марки стали фермы, характеристик металла сопротивлению на сжатие и растяжение; определение величины нагрузки оценочного испытания на стальную ферму, схем ее приложения, интенсивности силовых напряжений в металле в опасных сечениях элементов стальной фермы; определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности элементов стальной фермы под испытательной нагрузкой оценочного огневого испытания, особенностью является то, что оценку огнестойкости стальной фермы здания проводят без натурного огневого воздействия неразрушающими методами испытаний, используя комплекс единичных показателей качества стальных конструкций, назначают число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества, при этом технический осмотр дополняют определением группы однотипных стальных ферм, за единичные показатели качества принимают геометрические характеристики элементов фермы, степень напряжения и предел текучести металла, затем определяют интегральные конструктивные параметры: интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении элементов стальной фермы в условиях оценочного огневого испытания; приведенную толщину металла поперечного сечения элементов стальной фермы, и, употребляя их, определяют проектное время сопротивления термосиловому воздействию каждого элемента стальной фермы по потере несущей способности, используя аналитическое выражение (1):

где τ_us - проектное время (мин) сопротивления термосиловому воздействию элемента стальной фермы по потере несущей способности; T_sr - приведенная толщина металла (мм) поперечного сечения элемента стальной фермы; J_σs - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении элемента стальной фермы; проектный предел огнестойкости стальной фермы (F_ur, мин) определяют по длительности сопротивления до потери несущей способности наиболее слабого с точки зрения огнестойкости элемента (τ_us, _min, мин) в условиях оценочного огневого испытания.

Интенсивность нормальных силовых напряжений (J_σs) в поперечном сечении элемента стальной фермы от испытательной нагрузки, действующей в условиях оценочного огневого испытания, вычисляют по алгебраическому выражению (2):

где К_о - интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости элемента стальной фермы.

Интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости сжатого элемента стальной фермы вычисляют по алгебраическому выражению (3):

где γ_n - коэффициент надежности по уровню ответственности здания; γ_f - коэффициент надежности по нагрузке; k_с - показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке; k_у - коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали; k_R - коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали; k_з - показатель запаса несущей способности сжатого элемента по жесткости закрепления его концов; φ - коэффициент продольного изгиба сжатого элемента.

Интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости растянутого элемента определяют по алгебраическому выражению (4):

где γ_n - коэффициент надежности по уровню ответственности здания; γ_f - коэффициент надежности по нагрузке; k_с - показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке; k_у - коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали; k_R - коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали.

Показатель запаса несущей способности стальной фермы по назначению (γ_n) определяют по уровню ответственности здания: при пониженном, нормальном и повышенном уровне ответственности γ_n=0,8, 1,0 и 1,1.

Коэффициент надежности по нагрузке (γ_f) определяют по алгебраическому выражению (5):

где ρ и q - соответственно общая расчетная и нормативная нагрузка на стальную ферму, Н/м².

Показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке (k_с) определяют по алгебраическому выражению (6):

где ρ и q_сн - соответственно общая расчетная и снеговая нагрузка на стальную ферму, Н/м².

Коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали определяют по алгебраическому выражению (7):

где R_y и σ - соответственно предел текучести стали и проектные напряжения от силовых нагрузок на элемент фермы, МПа.

Коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали (k_R) определяют по алгебраическому выражению (8):

где R_u и R_s - соответственно временное и расчетное сопротивление стали, МПа.

Показатель запаса несущей способности сжатого элемента по жесткости закрепления его концов определяют по степенному уравнению (9):

где µ - коэффициент расчетной длины сжатого элемента фермы.

Коэффициент продольного изгиба сжатого элемента (φ) определяют в зависимости от гибкости элемента

где - расчетная длина элемента; r - радиус инерции сечения.

Приведенную толщину металла (T_sr, мм) поперечного сечения элемента стальной фермы рассчитывают по алгебраическому выражению (11):

где A_s - площадь поперечного сечения (мм²) элемента фермы; Р_o - длина периметра обогрева (мм) поперечного сечения элемента фермы.

За единичные показатели качества элементов стальной фермы, влияющих на их огнестойкость, принимают геометрические характеристики поперечного сечения, условия закрепления концов элементов стальной фермы, длину периметра обогрева поперечного сечения, нормативное сопротивление стали при сжатии и растяжении по пределу текучести, величину испытательной нагрузки и схему ее приложения; величину продольной силы, интенсивность нормативных силовых напряжений в металле в опасных сечениях элементов стальной фермы.

Неразрушающие испытания проводят для группы однотипных элементов стальной фермы, различия между геометрическими размерами сечений и текучестью стали которых обусловлены главным образом случайными факторами.

Схему обогрева поперечных сечений элементов стальной фермы в условиях оценочного огневого испытания определяют в зависимости от фактического расположения частей здания в пространстве.

Проектный предел огнестойкости стальной фермы определяют по наименьшему времени (τ_us,min, мин) сопротивления термосиловому воздействию элемента фермы по потере несущей способности.

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

Исключение натурного огневого испытания стальных ферм существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость определения их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления проектной огнестойкости различно нагруженных стальных ферм любых размеров, дает возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов со стандартными испытаниями аналогичных конструкций и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его стальных ферм в процессе испытания. Следовательно, условия испытания стальных ферм на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривается за счет уменьшения расходов на демонтаж, транспортирование и натурные огневые испытания образцов стальных ферм.

Применение математического описания процесса сопротивления стальных ферм стандартному тепловому испытанию повышает точность и экспрессивность оценки их огнестойкости.

Использование интегральных конструктивных параметров, как-то: интенсивности напряжения стали и приведенной толщины металла поперечного сечения, - упрощает математическое описание процесса сопротивления нагруженных элементов фермы тепловому воздействию.

В предложенном техническом решении предусматривают проведение испытаний не одной, а группы однотипных стальных ферм. Это позволяет в 5-10 раз увеличить число испытуемых стальных ферм и повысить достоверность результатов испытаний и технического осмотра здания.

Определение огнестойкости конструкций только по одному показателю качества, например по толщине прокатного профиля элементов фермы, приводит, как правило, к недооценке их предела огнестойкости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества имеют различные знаки, и снижение огнестойкости за счет одного показателя может быть компенсировано другими. Вследствие этого в предложенном способе оценку огнестойкости стальной фермы предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости стальных конструкций.

Уточнен комплекс единичных показателей качества элементов стальной фермы, влияющих на их огнестойкость, определяемых неразрушающими испытаниями.

Принятая величина выборки из общего числа однотипных стальных ферм здания обеспечивает достоверность, снижает сроки и трудоемкость проведения неразрушающих испытаний.

На фиг. 1 изображена геометрическая схема стальной фермы и ее расчетные элементы: 1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - стойка решетки; 4 - раскос растянутый; 5 - раскос сжатый; Ρ - узловая нагрузка, mc; R - опорная реакция, mc.

На фиг. 2 изображена компоновка расчетных элементов стальной фермы в узлах и схемы усилий в узлах А, Б и В: 6 - ось нижнего пояса фермы; 7 - ось верхнего пояса фермы.

На фиг. 3 изображены схемы элементов стальной фермы квадратного (а) и прямоугольного (б) сечения: b - ширина сечения; h - высота сечения; δ - толщина стенки, мм.

На фиг. 4 изображены схемы обогрева сечений элементов стальной фермы в условиях пожара, где показаны направления огневого воздействия на поперечное сечение стальной фермы и T_sr - приведенная толщина металла, мм.

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

Последовательность действий способа определения огнестойкости стальной фермы здания производят следующим образом.

Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных стальных ферм и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных конструкций. Назначают комплекс единичных показателей качества конструкции, влияющих на огнестойкость. Выявляют условия закрепления концов элементов фермы и ее опасные сечения. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества стальной фермы в зависимости от ее статистической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества элементов фермы и их интегральные параметры, и, наконец, по ним находят проектное время (мин) сопротивления термосиловому воздействию каждого элемента стальной фермы по потере несущей способности.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния конструкций, включающую выявление условий закрепления и обогрева элементов фермы, вид проката (двутавр, швеллер, гнутый профиль, уголок), форму поперечного сечения элемента фермы, ее геометрические размеры, марку (класс) стали, испытательную нагрузку при оценке стальной фермы на огнестойкость.

В процессе осмотра определяют группы однотипных стальных ферм. Под группой конструкций в здании понимают однотипные стальные фермы, изготовленные и возведенные в сходных технологических условиях и находящихся в подобных условиях эксплуатации.

Схемы обогрева поперечных сечений элементов стальной фермы в условиях огневого испытания определяют в зависимости от фактического расположения частей здания, устройства облицовок, укладки смежных конструкций, уменьшающих число сторон обогрева поперечного сечения элементов фермы.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества элементов стальной фермы, определяют так. В элементе стальной фермы, имеющем одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении. В элементе стальной фермы, имеющем несколько опасных сечений, испытуемые участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества стальной фермы, обеспечивающих огнестойкость, относятся: толщина металла, марка стали, предел текучести ее, приведенная толщина металла поперечного сечения, интенсивность нормальных напряжений в опасном сечении, время сопротивления элементов стальной фермы термосиловому воздействию.

Проверяемыми геометрическими размерами являются: толщина стенки и полок прокатного профиля, ширина и высота поперечного сечения элемента стальной фермы, общая длина периметра и длина периметра обогрева поперечного сечения элемента стальной фермы.

Опасные сечения элементов стальной фермы назначают в местах наибольших изгибаемых моментов и продольных сил от действия испытательной нагрузки. Размеры элементов стальной фермы проверяют с точностью ±1 мм.

Используя полученные интегральные параметры элементов фермы T_sr (мм) и J_σs, по алгебраическому выражению (1) находят проектное время сопротивления (τ_us, мин) термосиловому воздействию элементов фермы по потере несущей способности.

Проектный предел огнестойкости стальной фермы, F_ur, мин, регламентирует элемент фермы, имеющий наименьшее время сопротивления (τ_us, _min, мин) термосиловому воздействию по потере несущей способности.

Пример практического применения. Элементы стальной фермы пролетом 16,0 м запроектированы из стального гнутого профиля прямоугольного и квадратного сечения; верхний сжатый пояс фермы - из профиля 140×100×5 мм; сталь С345; коэффициент использования 1/k_у=(σ/R_y)=0,76; φ=0,678; нижний растянутый пояс фермы - из профиля 100×100×4 мм; сталь С345; 1/k_у=(σ/R_у)=0,79; сжатые стойки фермы - из профиля 60×60×4 мм; сталь С245; 1/k_у=(σ/R_y)=0,43; φ=0,774; сжатые раскосы фермы - из профиля 80×80×4 мм; сталь С245; 1/k_у=(σ/R_y)=0,78; φ=0,753; растянутые раскосы фермы - из профиля 80×80×4 мм; сталь С245; 1/k_у=(σ/R_y)=0,87; [5].

Расчет огнестойкости стропильной стальной фермы Ф1 (L=16,0 м)

3. Проектные данные по нагрузке:

Нагрузка снеговая - q_сн=1,41 тс/м.

Общая нагрузка - ρ=2,35 тс/м.

1) Коэффициент надежности по нагрузке (γ_f) определяют по алгебраическому выражению (5):

γ_f=ρ/q=2,35/1,68=1,4.

2) Коэффициент запаса по нагрузке (без учета снеговой в расчетах огнестойкости конструкции) вычисляют по алгебраическому выражению (6):

k_с=ρ/(ρ-q_сн)=2,35/(2,35-1,41)=2,5.

3) Коэффициент надежности стальных элементов верхнего пояса фермы по степени использования материала (k_у) находят по алгебраическому выражению (7): k_y=R_y/σ=3200/2440=1,32;

для нижнего пояса из стали С345: k_у=R_y/σ=3200/2540=1,26;

для стойки из стали С245: k_у=R_y/σ=2450/1060=2,31;

для растянутого раскоса из стали С245: k_y=R_y/σ=2450/2130=1,15;

для сжатого раскоса из стали С245: k_y=R_y/σ=2450/1920=1,28.

4) Коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали (k_R) вычисляют по алгебраическому выражению (8):

k_R=R_u/R_s=3450/3000=1,15 (для стали С345);

k_R=R_u/R_s=2450/2100=1,17 (для стали С245).

5) Показатель запаса по несущей способности назначению принимают для нормального уровня ответственности γ_n=1,0.

6) Показатель запаса несущей способности сжатого элемента от жесткости закрепления его концов (k_з) определяют по степенному уравнению (9):

k_з=1/µ^0,5=1/0,7^0,5=1,2,

где µ=0,7 - при жестком закреплении одного и шарнирном закреплении другого конца сжатого элемента.

7) Коэффициент продольного изгиба сжатого элемента: сжатого раскоса φ=0,753; верхнего пояса φ=0,678; сжатой стойки φ=0,774.

8) Интегральный коэффициент запаса при расчете огнестойкости верхнего сжатого пояса фермы вычисляют по алгебраическому выражению (3):

K_o=γ_n·γ_f·k_c·k_y·k_R·k_з·φ=1,0·1,4·2,5·1,32·1,15·1,2·0,678=4,32;

интенсивность силовых напряжений в сечении сжатого элемента вычисляют по алгебраическому выражению (2): J_σs=1/К_о=1/4,32=0,23;

для нижнего растянутого пояса фермы вычисляют по алгебраическому выражению (4):

K_o=γ_n·γ_f·k_c·k_y·k_R=1,0-1,4-2,5-1,27-1,15=5,1;

для сжатой стойки фермы:

К_o=1,0·1,4·2,5·2,31·1,17·1,2·0,774=8,79;

J_σs=1/К_o=1/8,79=0,11;

то же, для растянутого раскоса фермы:

K_o=γ_n·γ_f·k_c·k_y·k_R=1,0·1,4·2,5·1,15·1,17=4,71;

J_σs=1/K_o=1/4,71=0,212;

то же, для сжатого раскоса фермы:

К_o=1,0·1,4·2,5·1,28·1,17·1,2·0,753=4,74;

J_σs=1/К_o=1/4,74=0,211.

Определение времени сопротивления термосиловому воздействию элементов стропильной стальной фермы Ф1.

1) Верхний пояс фермы: сечение 140×100×5 мм; A_s=22,36 см²;

периметр 4 - стороннего обогрева сечения: Р_o=2·(14+10)=48 см;

приведенная толщина металла T_sr=A_s/Р_o=22,36/48=0,47 см=4,7 мм;

время сопротивления термосиловому воздействию верхнего пояса фермы вычисляют по алгебраическому выражению (1):

τ_us=0,6·T_sr+110·((1-J_σs)^1/2-0,5)=0,6·4,7+110·((1-0,23)^1/2-0,5)=44,34 мин.

2) Нижний пояс фермы: сечение 100×100×4 мм; A_s=14,95 см²;

Р_o=4·10=40 см; T_sr=A_s/Р_o=14,95/40=0,374 см=3,74 мм;

τ_us=0,6·3,74+110·((1-0,2)^1/2-0,5)=45,6 мин.

3) Стойки стропильной фермы: сечение 60×60×4 мм; A_s=8,55 см²;

Р_о=4·6-24 см; T_sr=A_s/Р_о=8,55/24=0,356 см=3,56 мм;

τ_us=0,6·3,56+110·((1-0,12)^1/2-0,5)=50,3 мин.

4) Раскосы растянутые: сечение 80×80×4 мм; A_s=11,75 см²;

Р_о=4·8=32 см; T_sr=A_s/P_о=11,75/32=0,367 см=3,67 мм;

τ_us=0,6·3,67+110·((1-0,212)^1/2-0,5)=44,8 мин.

5) Раскосы сжатые: сечение 80×80×4 мм; A_s=11,75 см²;

Р_о=4·8=32 см; T_sr=A_s/Р_o=11,75/32=0,367 см=3,67 мм;

τ_us=0,6·3,67+110·((1-0,211)^1/2-0,5)=44,9 мин.

Результаты расчета времени сопротивления термосиловому воздействию элементов стропильной стальной фермы Ф1 приведены в таблице 1.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Ильин Н.А. Техническая экспертиза зданий, поврежденных пожаром. - М.: Стройиздат, 1983. 128 с. (см. с. 90-91, 131, 134).

2. ГОСТ Ρ 53309-2009. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования.

3. Огнестойкость зданий / Бушев В.П., Пчелинцев В.А., Федоренко B.C., Яковлев А.И. М.: Стройиздат, 1970. 261 с. (см. с. 112, 252-256).

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

5. СП 16.13330.2011. «СНиП 11-23-81* Стальные конструкции» (см. с. 56-60).

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений. Сущность: осуществляют проведение технического осмотра, инструментальное измерение геометрических характеристик элементов фермы в их опасных сечениях; выявление условий опирания и крепления элементов фермы, схем обогрева их поперечных сечений; установление марки стали фермы, характеристик металла сопротивлению на сжатие и растяжение, определение величины нагрузки оценочного испытания на стальную ферму, схем ее приложения, интенсивности силовых напряжений в металле в опасных сечениях элементов стальной фермы, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности элементов стальной фермы под испытательной нагрузкой оценочного огневого испытания. Оценку огнестойкости стальной фермы здания проводят без натурного огневого воздействия неразрушающими методами испытаний, используя комплекс единичных показателей качества стальных конструкций. Назначают число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества, при этом технический осмотр дополняют определением группы однотипных стальных ферм. За единичные показатели качества принимают геометрические характеристики элементов фермы, степень напряжения и предел текучести металла, затем определяют интегральные конструктивные параметры: интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении элементов стальной фермы в условиях оценочного огневого испытания; приведенную толщину металла поперечного сечения элементов стальной фермы, и, употребляя их, определяют проектное время сопротивления термосиловому воздействию каждого элемента стальной фермы по потере несущей способности, используя аналитическое выражение. Проектный предел огнестойкости стальной фермы (F_ur, мин) определяют по длительности сопротивления до потери несущей способности наиболее слабого с точки зрения огнестойкости элемента (τ_{us, min}, мин) в условиях оценочного огневого испытания. Технический результат: возможность определения огнестойкости стальной фермы здания без натурного огневого воздействия, повышение достоверности статистического контроля качества и неразрушающих испытаний, уменьшение расходов металла на изготовление стальной фермы, сокращение сроков проведения испытаний, снижение экономических затрат. 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ оценки огнестойкости стальной фермы здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, инструментальное измерение геометрических характеристик элементов фермы в их опасных сечениях; выявление условий опирания и крепления элементов фермы, схем обогрева их поперечных сечений; установление марки стали фермы, характеристик металла сопротивлению на сжатие и растяжение; определение величины нагрузки оценочного испытания на стальную ферму, схем ее приложения, интенсивности силовых напряжений в металле в опасных сечениях элементов стальной фермы; определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности элементов стальной фермы под испытательной нагрузкой оценочного огневого испытания, отличающийся тем, что оценку огнестойкости стальной фермы здания проводят без натурного огневого воздействия неразрушающими методами испытаний, используя комплекс единичных показателей качества стальных конструкций, назначают число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества, при этом технический осмотр дополняют определением группы однотипных стальных ферм, за единичные показатели качества принимают геометрические характеристики элементов фермы, степень напряжения и предел текучести металла, затем определяют интегральные конструктивные параметры: интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении элементов стальной фермы в условиях оценочного огневого испытания; приведенную толщину металла поперечного сечения элементов стальной фермы, и, употребляя их, определяют проектное время сопротивления термосиловому воздействию каждого элемента стальной фермы по потере несущей способности, используя аналитическое выражение (1):
τ_us=0,6·T_sr+110·((1-J_σs)^1/2-0,5);
где τ_us - проектное время (мин) сопротивления термосиловому воздействию элемента стальной фермы по потере несущей способности; T_sr - приведенная толщина металла (мм) поперечного сечения элемента стальной фермы; J_σs - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении элемента стальной фермы; проектный предел огнестойкости стальной фермы (F_ur, мин) определяют по длительности сопротивления до потери несущей способности наиболее слабого с точки зрения огнестойкости элемента (τ_{us, min}, мин) в условиях оценочного огневого испытания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность нормальных силовых напряжений (J_σs) в поперечном сечении элемента стальной фермы от испытательной нагрузки, действующей в условиях оценочного огневого испытания, вычисляют по алгебраическому выражению (2):
J_σs=1/K_o;
где K_o - интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости элемента стальной фермы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости сжатого элемента стальной фермы вычисляют по алгебраическому выражению (3):
K_o=γ_n·γ_f·k_c·k_y·k_R·k_з·φ;
где γ_n - коэффициент надежности по уровню ответственности здания; γ_f - коэффициент надежности по нагрузке; k_c - показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке; k_y - коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали; k_R - коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали; k_з - показатель запаса несущей способности сжатого элемента по жесткости закрепления его концов; φ - коэффициент продольного изгиба сжатого элемента.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интегральный коэффициент запаса несущей способности по огнестойкости растянутого элемента определяют по алгебраическому выражению (4):
K_o=γ_n·γ_f·k_c·k_y·k_R;
где γ_n - коэффициент надежности по уровню ответственности здания; γ_f - коэффициент надежности по нагрузке; k_c - показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке; k_y - коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали; k_R - коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель запаса несущей способности стальной фермы по назначению (γ_n) определяют по уровню ответственности здания: при пониженном, нормальном и повышенном уровне ответственности γ_n=0,8, 1,0 и 1,1.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент надежности по нагрузке (γ_f) определяют по алгебраическому выражению (5):
γ_f=ρ/q;
где ρ и q - соответственно общая расчетная и нормативная нагрузка на стальную ферму, Н/м².

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель запаса несущей способности по снеговой нагрузке (k_c) определяют по алгебраическому выражению (6):
k_c=ρ/(ρ-q_сн);
где ρ и q_сн - соответственно общая расчетная и снеговая нагрузка на стальную ферму, Н/м².

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент надежности по степени использования предела текучести стали определяют по алгебраическому выражению (7):
k_y=R_y/σ;
где R_y и σ - соответственно предел текучести стали и проектные напряжения от силовых нагрузок на элемент фермы, МПа.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент запаса несущей способности по нормативному сопротивлению стали (k_R) определяют по алгебраическому выражению (8):
k_R=R_u/R_s;
где R_u и R_s - соответственно временное и расчетное сопротивление стали, МПа.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель запаса несущей способности сжатого элемента по жесткости закрепления его концов определяют по степенному уравнению (9):
k_з=1/µ^0,5;
где µ - коэффициент расчетной длины сжатого элемента фермы.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент продольного изгиба сжатого элемента (φ) определяют в зависимости от гибкости элемента (10):
λ=ℓ_ef/r;
где ℓ_ef - расчетная длина элемента; r - радиус инерции сечения.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приведенную толщину металла (T_sr, мм) поперечного сечения элемента стальной фермы рассчитывают по алгебраическому выражению (11):
T_sr=A_s/Р_o,
где A_s - площадь поперечного сечения (мм²) элемента фермы; Р_o - длина периметра обогрева (мм) поперечного сечения элемента фермы.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества элементов стальной фермы, влияющих на их огнестойкость, принимают геометрические характеристики поперечного сечения, условия закрепления концов элементов стальной фермы, длину периметра обогрева поперечного сечения, нормативное сопротивление стали при сжатии и растяжении по пределу текучести, величину испытательной нагрузки и схему ее приложения; величину продольной силы, интенсивность нормативных силовых напряжений в металле в опасных сечениях элементов стальной фермы.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что неразрушающие испытания проводят для группы однотипных элементов стальной фермы, различия между геометрическими размерами сечений и текучестью стали которых обусловлены главным образом случайными факторами.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что схему обогрева поперечных сечений элементов стальной фермы в условиях оценочного огневого испытания определяют в зависимости от фактического расположения частей здания в пространстве.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проектный предел огнестойкости стальной фермы определяют по наименьшему времени сопротивления (τ_{us, min}, мин) термосиловому воздействию элемента стальной фермы по потере несущей способности.