СПОСОБ ОЦЕНКИ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ ЗДАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G01N25/50 

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. В частности, оно может быть использовано для классификации железобетонных колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих строительных конструкций с фактическим пределом огнестойкости в зданиях различных классов по их пожароопасности.

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

При реконструкции здания возможно переустройство и перепланировка помещений, изменение их функционального назначения, замена строительных конструкций и оборудования. Это влияет на изменение требуемой огнестойкости здания и его конструкций.

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания по результатам изучения последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения колонны в здании, оценку состояния колонны путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов бетона и арматуры, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности колонны, то есть при обрушении в условиях действия внешней нагрузки и огневого воздействия натурного пожара /см. 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 оценивают приближенно по результатам исследования последствий прошедшего пожара. Детальное исследование предопределяет длительную работу эксперта. При этом невозможно оценить фактическую 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 железобетонной колонны здания по результатам натурного огневого испытания фрагмента здания, в котором производят осмотр конструкций, определяют влажность бетона, назначают статическую нагрузку на конструкцию, соответствующую реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на огнестойкость испытуемой конструкции, и величину предела огнестойкости /см. ГОСТ Р 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 опытного и стандартного пожаров затруднена оценка истинных значений пределов огнестойкости конструкций, причины разрушения сжатых элементов конструкций фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости железобетонной колонны может быть не достигнуто из-за более раннего разрушения сжатых стен фрагмента / см. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. С. 252-256/ [3].

Известен способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры конструкции, выявление условия их опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности конструкции под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия /см. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания 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 образце железобетонной колонны, на который 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 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 конструкции на ее огнестойкость. Оценка огнестойкости железобетонной колонны по единичному показателю качества, например по толщине защитного слоя бетона, как правило, недооценивает пригодность эксплуатации колонны в здании заданной степени огнестойкости. По малому числу испытуемых образцов (2-3 шт) невозможно судить о действительном состоянии колонн здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов железобетонной колонны, их фактических размеров, фактического армирования и схемы обогрева опасного сечения испытуемой конструкции в условиях пожара.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного огневого воздействия, испытание железобетонной колонны проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасного сечения, устанавливают площади бетона и рабочей арматуры в опасном сечении, выявляют схему его обогрева при пожаре, определяют показатели плотности бетона и его влажности в естественном состоянии и величину показателя термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения колонны, устанавливают величину испытательной нагрузки на железобетонную колонну и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении, и, используя полученные интегральные параметры железобетонной колонны, по номограмме вычисляют фактический предел огнестойкости F_ur, мин /см. Патент №2281482 RU, МПК G01N 25/50. Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания / Ильин Н.А., Бутенко С.А., Эсмонт С.В.; заяв. СГАСУ: 06.09.04; опубл. 18.02.06. Бюл. №22/ [5].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что использование номограммы для определения фактической огнестойкости железобетонной колонны дает результаты расчета с большей погрешностью, в ряде случаев требуется дополнительное построение графиков номограммы; кроме этого, при построении номограммы не учитываются показатели надежности железобетонной колонны по назначению (уровню ответственности), особенности условий обогрева опасного сечения колонны, глубина залегания продольной арматуры, сплошность тела железобетонной колонны и коэффициент продольного изгиба ее.

Сущность изобретения заключается в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления железобетонных колонн в условиях пожара; в определении фактических пределов огнестойкости железобетонных колонн при проектировании, строительстве и эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании железобетонной конструкций на огнестойкость.

Технический результат - исключение огневых испытаний железобетонных колонн в здании или его фрагмента; снижение трудоемкости оценки огнестойкости железобетонных колонн; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных железобетонных колонн любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с результатами испытаний аналогичных колонн здания; возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на огневое испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях железобетонных колонн; упрощение условий и сокращение сроков испытания колонн на огнестойкость; повышение точности и экспрессивности испытания; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости железобетонных колонн и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных железобетонных колонн; учет реального ресурса конструкции на величину огнестойкости использованием комплекса единичных показателей их качеств; учет влияния на предел огнестойкости показателей надежности железобетонных колон по назначению, условий обогрева опасного сечения колонн, глубины залегания продольной арматуры, сплошности тела колонн и продольного прогиба железобетонных колонн.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе оценки огнестойкости железобетонной колонны здания, включающем проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, проведение оценочных испытаний без разрушения по комплексу единичных показателей качества железобетонной колонны, при котором технический осмотр сопровождают инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасных сечений, устанавливают площади бетона и арматуры в опасном сечении, выявляют схему обогрева сечения при пожаре, определяют показатели термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения колонны и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении; согласно изобретению неразрушающим испытанием дополнительно определяют надежность железобетонной колонны по назначению, сплошность тела железобетонной колонны в опасном сечении и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, глубину залегания продольной арматуры, условия обогрева опасного сечения и величину испытательной нагрузки; фактический предел огнестойкости железобетонной колонны от начала стандартного огневого воздействия до потери несущей способности (F_ur, мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где В - ширина прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм; J_σo - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; α_μs - степень армирования железобетонной колонны; K - интегральный показатель безопасности железобетонной колонны; D_вm - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин, R_bn - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

Интегральный показатель безопасности железобетонной колонны определяют, используя аналитическое уравнение (2):

где γ_n - коэффициент надежности колонны по назначению; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны; m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны, определяемый из степенного уравнения (3):

где P и P_o - соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и ее обогреваемая часть, мм; k_a - показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны, определяемый из уравнения (4):

где и - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колонны, мм; ϕ - показатель продольного прогиба железобетонной колонны, определяемый из уравнения (5):

где - расчетная длина колонны, мм; B - ширина поперечного сечения колонны, мм.

За единичные показатели качества железобетонной колонны, влияющие на предел огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, условия закрепления, прочность бетона на осевое сжатие, сопротивление арматуры сжатию, рабочую испытательную нагрузку на огнестойкость, интенсивность силовых напряжений в опасных сечениях, влажность и плотность бетона в естественном состоянии, толщину защитного слоя, показатель термодиффузии бетона и показатель продольного прогиба железобетонной колонны.

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

Исключение огневых испытаний железобетонных колонн существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость оценки их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления фактической огнестойкости различно нагруженных конструкций любых размеров, дает возможность проведения испытания конструкций на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов с результатами стандартных испытаний аналогичных конструкций и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его конструкций в процессе испытания. Следовательно, условия испытания железобетонных колонн здания на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на демонтаж, транспортирование и огневые испытания образцов железобетонных колонн.

Применение математического описания процесса сопротивления нагруженной железобетонной колонны стандартному огневому испытанию и использование построенного полипараметрического уравнения (1) повышают точность и экспрессивность оценки огнестойкости.

Использование интегральных конструктивных параметров, как-то: степени напряжения арматуры, показателя термодиффузии бетона и показателя безопасности колонны, упрощает математическое описание процесса сопротивления нагруженных железобетонных колонн огневому воздействию.

Оценка огнестойкости железобетонной колонны только по одному показателю качества, например по толщине защитного слоя бетона, приводит, как правило, к недооценке их фактической 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 железобетонной колонны предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости железобетонной колонны.

Уточнен комплекс единичных показателей качества железобетонной колонны, влияющих на огнестойкость, определяемых неразрушающими испытаниями.

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

Способ оценки фактической огнестойкости железобетонной колонны здания проводят в следующей последовательности.

Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных железобетонных колонн и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных колонн. Назначают комплекс единичных показателей качества железобетонных колонн, влияющих на огнестойкость. Выявляют условия закрепления концов и опасные сечения железобетонной колонны. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества конструкции в зависимости от его статистической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества железобетонной колонны и ее интегральные параметры, и по ним находят предел огнестойкости испытуемых конструкций.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния железобетонных колонн, включающую выявление условий обогрева и закрепления концов железобетонных колонн, определение вида бетона и толщины его защитного слоя, наличие трещин и отколов, нарушение сцепления арматуры с бетоном, наличие коррозии арматурной стали и других показателей безопасности железобетонных колонн.

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

Изобретение поясняется чертежами, где стрелками показано направление действия высокой температуры t_cm, °С.

На фиг. 1 изображена схема продольного армирования монолитной железобетонной колонны здания: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение 1-1 железобетонной колонны: В - ширина сечения, мм; Н - высота сечения, мм; а_x и а_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y, мм; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 3 изображена расчетная схема железобетонной колонны первого этажа здания: ; μ=1,0; N_ρo - испытательная нагрузка при оценке огнестойкости железобетонной колонны.

На фиг. 4 изображена схема четырехгранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (двух/четырехсторонний нагрев стержня); а_x и a_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 5 изображена схема трехгранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, пристроенной к стене здания, и схема подводки тепла к оси стержня продольной арматуры (двухсторонний-трехсторонний нагрев стержня): а_x и а_y - соответственно глубина залегания продольной арматуры по осям x и y; B и H - ширина и высота опасного сечения железобетонной колонны, мм; 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 6 изображена схема одногранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, встроенной в стену здания, и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (односторонний нагрев стержня); условные обозначения: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

На фиг. 7 изображена схема n-гранного обогрева опасного сечения железобетонной колонны, встроенной на половину толщины стены здания, и схема подвода тепла к оси стержня продольной арматуры (двусторонний нагрев стержня): С - часть обогреваемой грани железобетонной колонны, заделанной в стену; z - глубина заделки железобетонной колонны в стену, мм; t_cm, °C - температура стандартного пожара; условные обозначения: 1 - защитный слой бетона; 2 - продольная арматура; 3 - замкнутые хомуты.

Схемы обогрева поперечного сечения железобетонной колонны в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения элементов частей здания, устройства облицовок, укладки смежных конструкций, уменьшающих число граней обогрева.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества конструкций, определяют так: в сжатых элементах конструкции, имеющих одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении; в сжатых элементах конструкций, имеющих несколько опасных сечений, испытуемые участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества железобетонной колонны, обеспечивающим огнестойкость, относятся: сплошность тела железобетонной колонны, геометрические размеры и ширина опасного сечения; глубина залегания, класс по прочности, номинальный диаметр и предел прочности арматуры на сжатие; прочность бетона на сжатие, влажность и плотность его в естественных условиях; толщина защитного слоя и показатель термодиффузии бетона, испытательная нагрузка на железобетонную колонну, гибкость колонны.

Проверяемыми геометрическими размерами являются: ширина и высота опасного поперечного сечения железобетонной колонны. Опасные сечения железобетонных колонн назначают в местах наибольших моментов от действия испытательной нагрузки или в точках максимального сближения огибающей эпюры моментов и эпюры материалов конструкций. Размеры конструкции проверяют с точностью ±1 мм; ширину трещин с точностью до 0,05 мм.

Интегральный показатель безопасности железобетонной колонны определяют, используя аналитическое уравнение (2):

где γ_n - коэффициент надежности железобетонной колонны по назначению; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны;

m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны определяют, используя степенное уравнение (3):

где P и P₀ - соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и обогреваемая часть его, мм; k_a - показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны определяют, используя уравнение (4):

где и - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колоны, мм;

ϕ - коэффициент продольного прогиба железобетонной колонны определяют, используя уравнение (5):

где - расчетная длина железобетонной колонны, мм; В - ширина поперечного сечения железобетонной колонны, мм.

Показатели условий обогрева (m_об) прямоугольного сечения железобетонной колонны определяют, используя исходное степенное уравнение (3):

где P - периметр прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм:

при четырехгранном обогреве поперечного сечения периметр обогрева (фиг. 4) равен Р₀=2⋅(B+H); следовательно, показатель условий обогрева опасного сечения при Р=Р₀ определяют, используя степенное уравнение (7):

при трехгранном обогреве поперечного сечения обогреваемая часть периметра составляет Р_о3=2⋅В+Н (фиг. 5); следовательно, показатель условий обогрева опасного сечения определяют, используя степенное уравнение (8):

при одногранном обогреве поперечного сечения обогреваемая часть периметра составляет Р_о1=H (фиг.6); следовательно,

при n-гранном обогреве сечения обогреваемая часть периметра железобетонной колонны, встроенной в стену, составляет Р_о,2=Н+2⋅С (фиг. 7); следовательно,

здесь В - ширина рабочего сечения и Н - высота рабочего сечения, мм; С - обогреваемая часть ширины сечения железобетонной колонны, мм.

Интенсивность силовых напряжений в опасном сечении железобетонной колонны от испытательной нагрузки на огнестойкость определяют из условия (11):

где - коэффициент условий закрепления концов железобетонной колонны; N_po - испытательная нагрузка на огнестойкость железобетонной колонны, кН; N_un - разрушающая продольная сила до начала испытания, кН.

Степень армирования железобетонной колонны (α_μs) вычисляют по алгебраическому выражению (12):

где A_s и А - соответственно площади рабочей арматуры и всего бетона в поперечном сечении железобетонной колонны, мм²; R_sc и R_bn - соответственно расчетное сопротивление арматуры сжатию и нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

Показатель термодиффузии бетона D_bm, мм²/мин, определяют, используя алгебраическое выражение (13):

где λ₀ и С₀ - соответственно показатели теплопроводности, Вт/(м⋅°С), и удельной теплоемкости бетона, кДж/(кг⋅°С), при нормальной температуре (20±5°С); b и d - термические показатели теплопроводности и теплоемкости бетона (см. таблицу 1);

ρ_c и ω - средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³, и его влажность, % по массе.

Показатель термодиффузии бетона и стали можно принимать по таблице 1:

Величину коэффициента условий закрепления концов железобетонной колонны определяют по степенной функции (14):

где μ₀ - коэффициент расчетной длины железобетонной колонны (0,8-2,5) (см. СП 63.13330.2012) [6].

Схему обогрева поперечного сечения испытуемой железобетонной колонны в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

Пример. Дано: монолитная железобетонная колонна КМ - 1 (число этажей 4); высота первого этажа =4,2 м; сечение колонны В×Н=400×400 мм; бетон тяжелый класса В25; R_вn=18,5 МПа; D_вm=22,2 мм²/мин; продольная арматура 4 ∅ 32 А 400; R_sn=400 МПа; глубина залегания арматуры α=50 мм; расчет огнестойкости колонны выполнен на действие продольной силы со случайным эксцентриситетом; расчетная длина колонны ==4200 мм; (μ=1 для первого этажа здания); коэффициенты надежности по назначению γ_n=1, по нагрузке =1,2; снеговая нагрузка временная N_сн=115,2 кН; длительная N_дл,сн=57,6 кН; кратковременная нагрузка от этажей N_кв=1722-1468,2=259,2 кН; суммарная длительная нагрузка N_дл=2445,2 кН.

Определить предел огнестойкости железобетонной колонны первого этажа.

Решение: 1) Нагрузка при испытании железобетонной колонны на огнестойкость (без учета снеговой и кратковременной нагрузки от этажей):

2) Несущая способность железобетонной колонны до огневого испытания (при нормативных сопротивлениях бетона и арматуры):

3) Интенсивность силовых напряжений в опасном сечении железобетонной колонны:

4) Коэффициент продольного прогиба железобетонной колонны:

5) Показатель глубины залегания продольной арматуры:

6) Интегральный показатель безопасности железобетонной колонны:

Расчет фактического предела огнестойкости колонны сечением

В×Н=400×400 мм

Продольная арматура 4∅32 А 400; A_s=3217 мм²; R_sn=400 МПа; бетон тяжелый класса В25; R_bn=18,5 МПа; D_bm=22,2 мм²/мин; коэффициент армирования μ_s=A_s/A_b=3813/400×400=20⋅10^-3; уровень ответственности здания - нормальный γ_н=1,0; интенсивность силовых напряжений J_н=0,44; расчетная длина =1,0⋅4,2=4,2 м; гибкость колонны ; коэффициент продольного изгиба ϕ=0,896; осевое расстояние (глубина заложения рабочей арматуры): =50 мм; нормативные значения заложения арматуры: =36 мм; показатель заложения рабочей арматуры: k_а=1,04; обогрев сечения колонны четырехгранный (m_об=1); степень армирования сечения колонны α_μ=μ_s⋅R_sn/R_bn=20⋅10^-3⋅400/22=432⋅10^-3; интегральный показатель безопасности К=γ_n⋅k_a⋅m_об⋅φ=1⋅1⋅1,04⋅0,896=0,93; предел огнестойкости железобетонной колонны равен:

Предложенный способ применен при натурном осмотре железобетонных колонн торгового центра «Леруа Мерлен» площадью более 10000 м² (г. Самара, 2014-2015 гг.). Результаты неразрушающих испытаний железобетонной колонны К-З, сечением 600×600 мм, длиной 9750 мм, бетон тяжелый класса В30, арматура 8∅22 А-500С, показали фактический предел огнестойкости, равный 300 мин (5 ч).

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. Огнестойкость зданий / В.П. Бушев, В.А. Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. - 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 №2281482 RU, МПК G01N 25/50. Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания /Ильин Н.А., Бутенко С.А., Эсмонт С.В.; заяв. СГАСУ: 06.09.04; опубл. 18.02.06. Бюл. №22.

6. СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.»

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и может быть использовано для классификации железобетонных колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Согласно заявленному способу испытание железобетонных колонн здания проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры железобетонной колонны, схему обогрева опасного сечения в условиях пожара, степень армирования бетона и условия крепления; плотность, влажность и показатель термодиффузии бетона; величину испытательной нагрузки на огнестойкость, степень напряжения опасного сечения колонны, показатель надежности железобетонной колонны по назначению (уровню ответственности), условия обогрева опасного сечения колонны при пожаре, глубину залегания продольной арматуры, сплошности тела колонны и ее гибкости. Описание процесса сопротивления нагруженной железобетонной колонны огневому воздействию представляют математической зависимостью, которая учитывает наименьший размер поперечного сечения элемента, степень армирования α_μs, интенсивность напряжения J_σo, нормативную прочность бетона сопротивлению на осевое сжатие R_bn и показатель термодиффузии бетона D_вm, мм²/мин, а также величину интегрального показателя безопасности железобетонной колонны. Предел огнестойкости железобетонной колонны определяют, используя аналитическое выражение. Технический результат – обеспечение возможности определения огнестойкости железобетонной колонны без натурного огневого воздействия, повышение достоверности статистического контроля качества и неразрушающих испытаний. 5 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ оценки огнестойкости железобетонной колонны здания, включающий проведение технического осмотра, установление вида бетона и арматуры железобетонной колонны, выявление условий ее опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности железобетонной колонны под испытательной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, проведение оценочных испытаний без разрушения по комплексу единичных показателей качества железобетонной колонны, при котором технический осмотр сопровождают инструментальными измерениями геометрических размеров железобетонной колонны и ее опасных сечений, устанавливают площади бетона и арматуры в опасном сечении, выявляют схему обогрева сечения при пожаре, определяют показатели термодиффузии бетона, находят предельные сопротивления бетона и арматуры на сжатие, степень армирования опасного сечения железобетонной колонны и величину интенсивности силовых напряжений в опасном сечении, отличающийся тем, что неразрушающим испытанием дополнительно определяют надежность железобетонной колонны по назначению, сплошность тела в опасном сечении и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, глубину залегания продольной арматуры, условия обогрева опасного сечения и величину испытательной нагрузки; фактический предел огнестойкости железобетонной колонны от начала стандартного огневого воздействия до потери несущей способности (F_ur, мин) определяют, используя аналитическое уравнение (1):

где В - ширина прямоугольного сечения железобетонной колонны, мм; - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; α_μs - степень армирования железобетонной колонны; K - интегральный показатель безопасности железобетонной колонны; D_вm - показатель термодиффузии бетона, мм²/мин; R_bn - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию, МПа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину интегрального показателя безопасности железобетонной колонны определяют, используя аналитическое уравнение (2):

где γ_n - коэффициент надежности железобетонной колонны по назначению; m_об - показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны; k_cn - показатель сплошности тела железобетонной колонны; k_а - показатель глубины залегания продольной арматуры; ϕ - показатель продольного прогиба железобетонной колонны.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель условий обогрева опасного сечения железобетонной колонны (m_об) определяют из степенного уравнения (3);

где P и P_o соответственно периметр поперечного сечения железобетонной колонны и ее обогреваемая часть, мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель глубины залегания продольной арматуры железобетонной колонны (k_а) определяют из уравнения (4):

где а_н и а - соответственно нормативная и фактическая глубина залегания продольной арматуры железобетонной колонны, мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель продольного прогиба железобетонной колонны определяют из уравнения (5):

где - расчетная длина колонны, мм; B - ширина поперечного сечения колонны, мм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества железобетонной колонны, влияющие на предел огнестойкости, принимают: геометрические размеры опасного сечения, условия закрепления и показатель продольного прогиба железобетонной колонны, прочность бетона на осевое сжатие, сопротивление арматуры сжатию, рабочую испытательную нагрузку на огнестойкость, интенсивность силовых напряжений в опасном сечении, влажность и плотность бетона в естественном состоянии, толщину защитного слоя, показатель термодиффузии бетона.