Курсовая работа на тему: Здания сооружения и их устойчивость при пожаре

1 2

---

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ 4 2 РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ 7 Статический расчет 7 Расчет растянутых элементов заданного узла фермы 7 Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ 9 Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины 11 Теплотехнический расчет 12 2 РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯ 14 Расчет по условию потери прочности по нормальным напряжениям 14 Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям 14 Расчет по условию потери прочности плоской фермы 16 3 ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ 20 Выбор и обоснование способа огнезащиты металлической фермы покрытия 23 Список используемой литературы 25 Исходные данные для выполнения курсового проекта 27 Графическая часть курсового проекта 29

Введение

Дисциплина «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» представляет комплекс фундаментальных тем инженерных строительных дисциплин, на основе которых рассматриваются вопросы стойкости строительных материалов в условиях пожара, огнестойкости строительных конструкций, устойчивости зданий и сооружений при пожаре. В данном проекте рассмотрены вопросы нормирования пожаробезопасного применения строительных материалов в зданиях и сооружениях, требования к огнестойкости строительных конструкций зданий, методики расчета металлических, деревянных конструкций. Из всего многообразия металлов в строительстве применяется главным образом сплавы на основе железа. На данный момент в строительных конструкциях применяется по большей части углеродистая и легированная сталь Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

Как уже отмечалось ранее, здание состоит из двух пожарных отсеков. Класс функциональной пожарной опасности в соответствии с п.5.21* СНиП 21-01-97* для первого пожарного отсека – Ф 5.1; для второго пожарного отсека – Ф 5.2. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания. Здание производственное, одноэтажное, категория пожарной опасности – А (см. исходные данные табл.1). Площадь этажа S в пределах пожарного отсека равна S = L1L2 = 96  36 = 3456 м2. (1.1) где: L1 и L2 – соответственно длина и ширина здания, м. (см. исходные данные табл.1). В соответствии с табл. 5 СНиП 31-03-2001 требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0. Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарного отсека здания. Площадь этажа в пределах пожарного отсека равна 7400 м2. (см. исходные данные табл.2). В соответствии с табл. 1 СНиП 31-04-2001 требуемая степень огнестойкости здания – II; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0. Требуемую степень огнестойкости для всего здания определять не требуется, так как в связи с наличием противопожарной стены между отсеками огонь не сможет перейти из одной части здания в другую, а в случае горения всего здания пожар в каждом отсеке будет рассматриваться как отдельный. Поэтому фактические показатели огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требуемым для конструкций только тех отсеков, в которых они располагаются. В соответствии с табл. 4 СНиП 21-01-97* выберем требуемые пределы огнестойкости к основным конструкциям здания, которые приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1. Требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций здания (из табл. 4 СНиП 21-01-97*)

Степень огнестойкости здания	Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее
	Несущие элементы здания	Наружные ненесущие стены	Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)	Элементы бесчердачных покрытий		Лестничные клетки
				Настилы (в том числе с утеплителем)	Фермы, балки, прогоны	Внутренние стены	Марши и площадки лестниц
IV	R 15	Е 15	REI 45	RE 15	R 15	REI 45	R 15

Требуемые классы конструктивной пожарной опасности основных строительных конструкций здания, которые приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2. Требуемые классы конструктивной пожарной опасности основных строительных конструкций здания Из табл. 1 ГОСТ 30403-96 в соответствии с требуемыми классами конструктивной пожарной опасности выберем требования к основным строительным конструкциям здания, которые приведены в табл. 1.3. Таблица 1.3. Требуемые показатели к основным строительным конструкциям здания Условные обозначения: н.д. — не допускается н.р. — не регламентируется. Далее будут определены фактические пределы огнестойкости основных строительных конструкций проектируемого здания, проведена проверка соответствия их требованиям норм, а также предложены мероприятия по повышению огнестойкости этих конструкций в случае не соблюдения условий пожарной безопасности.

2 РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

Высокая теплопроводность металла позволяет выполнить расчет стальных несущих конструкций по времени прогрева конструкции до критической температуры. Для каждого из элементов фермы следует определить величину критической температуры, то есть решить статическую задачу, а затем решить теплотехническую задачу по определению предела огнестойкости конструкции. Статический расчет Расчет растянутых элементов заданного узла фермы Расчет производится из условия снижения прочности (предела текучести стали) до величины напряжения, возникающего в элементе от внешней (нормативной, рабочей) нагрузки. Рассматриваем узел 3. Растянутыми элементами (в соответствие с табл. 3 прил. 1) являются стержни: Р2. Расчёт усилий, воспринимаемых элементами от нормативной нагрузки: N_n^Р2=N_ /Y_f=406/1.2=338.3 кН; где N(Р2) — расчётные усилия, воспринимаемые элементами фермы. Yf — усреднённое значение коэффициента надёжности по нагрузке, равный 1,2. Рассчитаем коэффициент изменения предела текучести стали, соответствующий критической температуре нагрева растянутым элементом фермы. Y_ytcr=〖N_n〗^Р2/(A_Р2×R_yn )=(338.3×〖10〗^3)/(2×10.6×〖10〗^(-4)×245×〖10〗^6 )=0.651 Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба). Расчет сжатых элементов заданного узла фермы Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба). В связи с выше сказанным расчет производится по потере устойчивости (выпучивания) сжатых элементов. Этот расчет можно провести по двум методикам: 1. Расчет элементов на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ. 2. Из условия снижения модуля упругости стали до критической величины (что приводит к недопустимому прогибу элемента). Сжатыми элементами (в соответствие с табл. 3 прил. 1) являются стержни: Р1, О2, О1. Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ Рассчитываем предел огнестойкости сжатых элементов фермы из условия устойчивости с учетом коэффициента продольного изгиба. Определим гибкость в вертикальном направлении прогиба элементов фермы: λ_(x(Р1))=l_(x(Р1))/i_(x(Р1)) =4186/33,9=123,48 λ_(x(О2))=l_(x(О2))/i_(x(О2)) =3000/43,4=69,12 λ_(x(О1))=l_(x(О1))/i_(x(О1)) =2788/43,4=64,24 где lx – расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл. 2.1), мм; ix – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «x» (п.1.1.4. [5]), мм. Таблица 2.1. Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба Примечание: l – длина элемента (табл. 3 прил. 1.). Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы: λ_(y(Р1))=l_(y(Р1))/i_(y(Р1)) =4186/49,5=84.6 λ_(y(О2))=l_(y(О2))/i_(y(О2)) =3000/61,6=48,7 λ_(y(О1))=l_(y(О1))/i_(y(О1)) =2788/61,6=45,3 где ly – расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 2.1), мм; iy – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y» (п. 1.1.4. [5]), мм. При определении iy следует учесть, что расстояние между уголками, из которых составлен элемент фермы, равно толщине соединительной пластины (δf), к которой они приварены с двух сторон (п. 1.6. [5]). Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть: max(Р1) = 123,5; max(О2) = 69,1. max(О1) = 64,2. Коэффициент продольного изгиба  элемента фермы принимается в зависимости от max (если max ≤ 40, то  = 1; если max > 40, то  = 0,95) и равен: для max(Р1) = 123,5 > 40 (Р1) = 0,95; для max(О2) =69,1 > 40 (О2) = 0,95. для max(О1) =64,2 > 40 (О1) = 0,95. Таким образом, (Р1) = (О2) =(О1) =  = 0,95. Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны N_n(Р1) =N_((Р1) )/γ_f =442/1.2=368,3 кН N_n(О2) =N_((О2) )/γ_f =931/1.2=775,8 кН N_n(О1) =N_((О1) )/γ_f =768/1.2=640 кН Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба: γ_(ytcr(Р1))=N_n(Р1) /(A_((Р1) )∙R_yn∙φ)=(368,3∙〖10〗^3)/((2∙17,2∙〖10〗^(-4) )∙245∙〖10〗^6∙0.95)=0.46 γ_(ytcr(О2))=N_n(О2) /(A_((О2) )∙R_yn∙φ)=█(775,83∙〖10〗^3 )/((2∙24,7∙〖10〗^(-4) )∙325∙〖10〗^6∙0.95)=0.50 γ_(ytcr(О1))=N_n(О1) /(A_((О2) )∙R_yn∙φ)=█(640∙〖10〗^3 )/((2∙24,7∙〖10〗^(-4) )∙2325∙〖10〗^6∙0.95)=0.41 Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины Для расчета определим коэффициент изменения модуля упругости стали элементов фермы: γ_(e(Р1))=(N_n(Р1) ∙l_((Р1))^2)/(π^2∙E_n∙J_(min⁡(Р1)) )=(368,33∙〖10〗^3∙(4186∙〖10〗^(-3) )^2)/(〖3.14〗^2∙2.06∙〖10〗^11∙4∙〖10〗^(-6) )=0.4192 γ_(e(О2))=(N_n(О2) ∙l_((О2))^2)/(π^2∙E_n∙J_(min⁡(О2)) )=(775,83∙〖10〗^3∙(3000∙〖10〗^(-3) )^2)/(〖3.14〗^2∙2.06∙〖10〗^11∙9,3∙〖10〗^(-6) )=0.369 γ_(e(О1))=(N_n(О1) ∙l_((О1))^2)/(π^2∙E_n∙J_(min⁡(О1)) )=(640∙〖10〗^3∙(2788∙〖10〗^(-3) )^2)/(〖3.14〗^2∙2.06∙〖10〗^11∙9,3∙〖10〗^(-6) )=0.263 где  = 3,14; Еn – нормативное значение модуля упругости стали, равное 2,06 ∙ 1011 Па (табл.63 [6]); Jmin – минимальное значение момента инерции поперечного сечения элемента, м4, равное: J_(min⁡(C1))=(i_min^C1 )^2×2×A_((Р1) )=(3,39×〖10〗^(-2) )^2×2∙17,2∙〖10〗^(-4)=4〖×10〗^(-6) м^4 J_(min⁡(О2))=(i_min^О2 )^2×2×A_((О2) )=(4,34×〖10〗^(-2) )^2×2∙24,7∙〖10〗^(-4)=9,3〖×10〗^(-6) м^4 J_(min⁡(О1))=(i_min^О1 )^2×2×A_((О1) )=(4,34×〖10〗^(-2) )^2×2∙24,7∙〖10〗^(-4)=9,3〖×10〗^(-6) м^4 где imin – минимальное значение радиуса инерции поперечного сечения элемента из значений ix и iy, м, то есть: imin(Р1) = 3,39  10-2 м (п.1.1.4 [5]); imin(О2) = 4,34 10-2 м (п.1.1.4 [5]); imin(О1) = 4,34 10-2 м (п.1.1.4 [5]). По графику (п. 1.4 [5]) определяем числовые значения критической температуры tcr в зависимости от величин ytcr и е (для сжатых элементов). Полученные данные сведем в таблицу 2.2: Таблица 2.2. Значения критической температуры tcr в зависимости от величин ytcr и е Примечание: в числителе – tcr, найденная в зависимости от ytcr; в знаменателе – tcr, найденная в зависимости от е. Для теплотехнического расчета берутся минимальные значения tcr, то есть: tcr(Р1) = 560 C; tcr(О2) = 540 C; tcr(О1) = 570 C; tcr(Р2) = 480 C; Расчет огнестойкости металлической конструкции, работающей на изгиб. Элементами работающими на изгиб (в соответствие с табл. 3 прил. 1) являются стержни:П1. Определим коэффициент изменения предела текучести стали: γ_ytcr=(84∙〖10〗^3)/((1,17∙601∙〖10〗^(-6) )∙245∙〖10〗^6 )=0.49<0,6 t_cr=750-440γ_ytcr=750-440∙0.49=534(_^0)C Определим приведенную толщину профиля по формуле t_red=5340/1145=4.7 U=2h+4b_f-2t_w=2∙360+4∙110-2∙7.5=1145 Теперь по номограмме определим Пф = 11 мин. Теплотехнический расчет Определим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины (рис. 2.1.): δ_пр=A/U где А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м2 ; В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков (рис 2.1.). Размеры уголка находятся (прил.1 табл.3). Площадь одного уголка принимается по п. 1.1.4 [5]; U – длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м (каждый уголок обогревается со всех четырех полок); U =2∙(4 bf)= 8bf где bf – ширина полки уголка, м (п. 1.1.4 [5]). Таким образом, δ_(пр(Р2))=A/(8b_f )=(2∙10.6∙〖10〗^(-4))/(8∙90∙〖10〗^(-3) )=2.9∙〖10〗^(-3) м δ_(пр(Р1))=A/(8b_f )=(2∙17.2∙〖10〗^(-4))/(8∙110∙〖10〗^(-3) )=3.9∙〖10〗^(-3) м δ_(пр(О2))=A/(8b_f )=(2∙24.7∙〖10〗^(-4))/(8∙140∙〖10〗^(-3) )=4.4∙〖10〗^(-3) м δ_(пр(О1))=A/(8b_f )=(2∙24.7∙〖10〗^(-4))/(8∙140∙〖10〗^(-3) )=4.4∙〖10〗^(-3) м С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара (п. 1.2. [5]) строим графики изменения температуры стержней заданного узла фермы от времени их нагрева (рис.2 прил.1). Для каждого элемента по графикам определяем значения времени прогрева  до критической температуры, то есть утраты их несущей способности. Найденные значения сведем в таблицу 2.3. Таблица 2.3. Время прогрева до критической температуры  элементов фермы Таким образом, фактический предел огнестойкости фермы Пф принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть Пф = 6 мин (для элемента Р2). Ввиду того, что элементы являются негорючими, то фактический класс пожарной опасности конструкций в соответствии с табл. 1 ГОСТ 30403-96 принимаем К0.

---

1 2