ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2322663

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ БАЛОК ЗДАНИЯ

Имя изобретателя: Ильин Николай Алексеевич (RU), Ведерников Сергей Сергеевич (RU)
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)
Адрес для переписки: 443001, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 194, СГАСУ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 04.07.2006

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. Сущность изобретения: испытание металлических балок здания проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры металлических балок, схему обогрева опасных сечений балок в условиях пожара, условия закрепления их концов; длину периметра обогрева поперечного сечения; величину рабочей нормативной нагрузки и интенсивность нормативных напряжений в опасных сечениях металлических балок; критическую температуру нагрева металла. Процесс сопротивления тепловому воздействию пожара описан математической зависимостью, которая учитывает влияние интенсивности нормальных напряжений в поперечном сечении балок от действия рабочей нормативной нагрузки и приведенную толщину металла поперечного сечения балки. Предел огнестойкости металлических балок определяют по номограмме. Технический результат - повышение достоверности контроля качества и неразрушающих испытаний.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, далее - зданий. В частности, оно может быть использовано для классификации металлических конструкций зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования металлических балок с фактическим пределом огнестойкости в зданиях различных категорий по их пожарной опасности.

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

Известен способ определения огнестойкости металлических балок 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 металлических балок по результатам натурных огневых испытаний фрагмента здания, в котором производят осмотр конструкций, определяют марку стали, назначают статическую рабочую нормативную нагрузку на конструкцию соответственно реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на огнестойкость испытуемой конструкции, и величину фактического предела огнестойкости / НПБ 233-97. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования. - М.: ВНИИПО, 1997. - С.6-12 / [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 затруднено определение истинных значений пределов огнестойкости конструкций, причины разрушения металлических балок фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости металлических балок 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.252-256 / [3].

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения огнестойкости металлических балок здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление сортамента и марки стали, выявление условия опирания и крепления концов балок, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности конструкции под рабочей нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия /ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: Издательство стандартов, 1995. - 7 с./ [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 металлической конструкции на ее огнестойкость. Определение огнестойкости металлических балок 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 балок, 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 балок здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов металлических конструкций, их фактических размеров, фактической схемы обогрева опасного сечения испытуемой конструкции в условиях пожара.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления металлических конструкций в условиях пожара; в определении фактических пределов огнестойкости металлических балок при проектировании, строительстве и/или эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании конструкций на огнестойкость.

Технический результат - устранение огневых испытаний конструкции в здании или его фрагменте; снижение трудоемкости определения огнестойкости конструкций; расширение технологических возможностей определения фактической 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; использование параметрической номограммы для определения огнестойкости конструкций; повышение точности и экспрессивности испытания; получение возможности решения обратных задач огнестойкости конструкций и применения метода подбора переменных значений ее конструктивных параметров; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных конструкций; повышение достоверности результатов испытаний группы однотипных конструкций; учет реального ресурса конструкции по огнестойкости использованием комплекса единичных показателей их качеств; увеличение достоверности определения приведенной толщины металла и условий обогрева поперечного сечения балки в условиях пожара; уточнение единичных показателей качества металлических конструкций, влияющих на их огнестойкость, и определение минимального числа испытаний; сокращение выборки испытуемых конструкций до минимального, обеспечивающей достаточную достоверность результатов испытаний; возможность определения гарантированного предела огнестойкости металлической балки по ее конструктивным параметрам.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения огнестойкости металлических балок здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, инструментальное измерение геометрических характеристик при изгибе балок в их опасных сечениях; выявление условий опирания и крепления балок, схем обогрева их поперечных сечений; установление марки стали балок, характеристик металла сопротивлению на изгиб и растяжение; определение величины рабочей нормативной нагрузки на балки, схем ее приложения, интенсивности силовых напряжений в металле в опасных сечениях балок; определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности балок под рабочей нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, особенность заключается в том, что определение огнестойкости металлических балок здания проводят без огневого воздействия неразрушающими методами испытаний, используя комплекс единичных показателей качества стальных конструкций, определяют число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества, при этом технический осмотр дополняют определением группы однотипных металлических балок, за единичные показатели качества принимают геометрические характеристики балок, критическую температуру нагрева стали в условиях пожара; степень напряжения и предел текучести металла; вычисляют интегральные конструктивные параметры Jss и Тsr,

где Jss - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок от рабочей нормативной нагрузки (0<JssЈ1);

Tsr - приведенная толщина металла (см) поперечного сечения балок;

и, используя их, определяют по номограмме фактические пределы огнестойкости металлических балок, Fu(R), мин.

Следующая особенность предложенного способа заключается в том, что интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении несущих металлических балок от рабочей нормативной нагрузки, действующей в условиях стандартных огневых испытаний, вычисляют по формуле (1):

где Мr - изгибающий момент в опасном сечении от рабочей нормативной нагрузки, действующей на балки в условиях стандартных огневых испытаний, кН, м;

Wn - момент сопротивления поперечного сечения относительно горизонтальной оси балки, см3;

Rуп - нормативное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести стали по ТУ или ГОСТу, МПа (см. прил.1 СНиП II - 23-81* «Стальные конструкции». - М., 1990. - С.63-66) [5].

Следующая особенность предложенного способа заключается в том, что при различных значениях предельной температуры нагрева стали металлических балок, tcr, °С, отличающихся от величины критической температуры стали, tcr, °С, фактическую интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических конструкций вычисляют по формуле (2):

где Jss - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок (0÷1);

tu - предельная температура нагрева стали (°С), при которой различно нагруженные металлические балки теряют несущую способность;

tcr - критическая температура нагрева стали (°С) металлических балок (при нормативной интенсивности напряжений Jн=0,625 для строительных сталей С235, С245, С255 (Ст.3) tcr=510°С);

n - эмпирические показатели степени в зависимости от марок сталей (n=2,8 для строительных сталей С235, С245, С255 (Ст.3)).

При tu=tcr±50°С интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок вычисляют приближенно по формуле (3):

где Jн=0,625 - нормативная интенсивность силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок в условиях огневых испытаний.

Следующая особенность предложенного способа заключается в том, что приведенную толщину металла (см) поперечного сечения балок (см) рассчитывают по формуле (4):

где Аs - площадь поперечного сечения (см2) металлических балок;

Рo - длина периметра обогрева (см) поперечного сечения балок.

Расчетные зависимости для вычисления приведенной толщины металла поперечного сечения стального проката в виде швеллера, спаренных швеллеров и двутавра, обогреваемого:

а) с одной стороны (снизу); б) с трех сторон (снизу и с боков); в) с четырех сторон (по всему периметру сечения), - представляют соответственно в виде формул (5а), (5б) и (5в):

где As - площадь поверхности поперечного сечения балок, см2;

b, h - соответственно ширина и высота поперечного сечения балок, см;

d - толщина стенки прокатного профиля балки, см.

Особенность предложенного способа заключается в том, что за единичные показатели качества металлических балок, влияющих на их предел огнестойкости, принимают: геометрические характеристики при изгибе поперечного сечения, условия закрепления концов балок, длину периметра обогрева поперечного сечения, нормативное сопротивление стали при изгибе, сжатии и растяжении по пределу текучести, величину рабочей нормативной нагрузки и схему ее приложения, интенсивность нормальных силовых напряжений в металле в опасных сечениях балок, величину изгибающего момента и поперечной силы, критическую температуру нагрева строительной стали в условиях огневого воздействия.

К геометрическим характеристикам балок при изгибе относят: площадь поверхности поперечного сечения; моменты инерции, радиусы инерции и моменты сопротивления поперечных сечений балок относительно оси, перпендикулярной к плоскости изгиба; жесткость балок; высота и ширина поперечного сечения балок; толщина стенок и полок прокатного профиля балок; общая длина периметра и длина периметра обогрева поперечного сечения балки при пожаре в здании.

Особенностью предложенного способа определения огнестойкости металлических балок здания является то, что неразрушающие испытания проводят для группы однотипных конструкций, различия между толщиной проката и текучестью стали которых обусловлены главным образом случайными факторами.

Особенность предложенного способа заключается в том, что число испытаний nис единичного показателя качества металлических балок, при вероятности результата 0,95 и точности 5%, принимают по формуле (6):

где u - выборочный коэффициент вариации результатов испытаний, %.

Особенность предложенного способа заключается в том, что схему обогрева поперечных сечений в условиях пожара испытуемых металлических балок определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

Особенность предложенного способа заключается в том, что в случае, когда все единичные показатели качества металлических балок (при М более 9 шт.), находятся в контрольных пределах, минимальное целое число металлических конструкций в выборке по плану сокращенных испытаний Mмин, шт, назначают из условия (7):

где М - число однотипных металлических балок в здании, шт.

В случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества металлических балок выходит за границы контрольных пределов, минимальное число конструкций в выборке по норме определяют по формуле (8):

В случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества металлических балок выходит за границы допустимых пределов или МЈ5 шт., не разрушающему испытанию подвергают все однотипные конструкции здания поштучно.

Особенность предложенного способа заключается в том, что гарантированный предел огнестойкости металлических балок вычисляют по номограмме путем решения обратной задачи огнестойкости.

Схемы обогрева сечений испытуемых металлических колонн в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

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

Устранение огневых испытаний балок существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость определения их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления фактической огнестойкости различно нагруженных балок 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 балок в процессе испытания. Следовательно, условия испытания балок на огнестойкость значительно упрощены.

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

Применение математического описания процесса сопротивления металлических балок стандартному тепловому испытанию и использование построенной параметрической номограммы повышает точность и экспрессивность оценки их огнестойкости.

Применение номограммы удобно вследствие ее простоты, наглядности, возможности решения обратных задач огнестойкости балок и применения метода подбора переменных значений ее конструктивных параметров.

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

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

Определение огнестойкости конструкций только по одному показателю качества, например, по толщине прокатного профиля балок, 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 балок предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости металлических конструкций.

Уточнен комплекс единичных показателей качества металлических балок, влияющих на их огнестойкость, определяемых неразрушающими испытаниями. Уточнено минимальное число неразрушающих испытаний единичного показателя качества металлических балок.

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

номограмма для оценки предела огнестойкости металлических балокНа фиг.1 приведена номограмма для оценки предела огнестойкости металлических балок. Приведенная номограмма сетчатого типа. Внутри сеток нанесены наклонные линии. На каждом пучке линий или лучах нанесена стрелка, которая показывает направление возрастания переменного параметра. Наименование параметра в буквенном выражении и в единицах измерения поставлены на стрелке. Слева и справа от стрелки на лучах поставлены значения переменного параметра. Порядок производства отсчетов или "ключ":

На фиг.2 приведена схема металлической балки; закрепление концов шарнирное, тепловой режим стандартного пожара; обогрев 4-сторонний.

схема металлической балкиНесущий стержень - стальной двутавр №22, b×h×d=11×22×0,54 см; площадь сечения 30,6 см2; приведенная толщина металла Tsr=0,35 см; марка строительной стали С285 (Ст.3), предельная температура tu=500°С; критическая температура tcr=510°С; длина периметра обогрева Р0=86,92 см; интенсивность силовых напряжений в металле Jss=0,64; длительность сопротивления термосиловому воздействию металлической балки tus=13 мин (0,2 ч).

При одностороннем обогреве поперечного сечения балки длина периметра обогрева Р0=b=11 см; приведенная толщина металла Tsr=As/b=30,6/11=2,78 см; предел огнестойкости по номограмме Fu(r)»34 мин (0,56 ч).

Для проверки полученного по номограмме результата используют расчетную формулу (9):

при одностороннем обогреве поперечного сечения (Jss=0,64; Tsr=2,78 см;) фактический предел огнестойкости металлической балки равен:

Fu(R)=110·[(1-0,64)0,5-0,5]+6·2,78=33,7 мин.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата. Последовательность действия способа определения огнестойкости металлических балок здания состоит в следующем.

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

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния конструкций, включающую выявление условий закрепления и обогрева металлических балок, вид проката (двутавр, швеллер, уголок), форму поперечного сечения металлической балки, его геометрические размеры, марку (класс) стали, рабочую нормативную нагрузку.

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

Схемы обогрева поперечных сечений металлических балок в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения частей здания, устройства облицовок, укладки смежных конструкций, уменьшающих число сторон обогрева.

Минимальное целое число балок в выборке по плану нормальных или сокращенных испытаний назначают из условий (7 и 8).

Пример 1. При числе однотипных конструкций в группе М=100 шт., число испытуемых металлических балок принимают по норме

Мн=5+М0,5=5+1000,5=15 шт., по сокращенному плану

Ммин=0,3·(15+М0,5)=0,3·(15+1000,5)=7,58»8 шт.

При числе конструкций в группе МЈ5 их проверяют поштучно.

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

К основным единичным показателям качества металлических балок, обеспечивающих огнестойкость, относятся: толщина металла, марка стали, предел текучести ее, критическая температура, приведенная толщина металла поперечного сечения, интенсивность нормальных напряжений в опасном сечении, время сопротивления металлической балки термосиловому воздействию.

Число испытаний единичного показателя качества конструкций, при вероятности результата, равного 0,95, и показателе точности 5%, определяют по формуле (6);

при этом коэффициент вариации выборки u=±100·s/А;

среднее арифметическое А=(1/n)·Smi,

среднее квадратическое отклонение от среднего s=±[(1/(n-1))·Si)2]0,5;

средняя ошибка DА=±s/(2·n)0,5;

здесь mi - результат i-го испытания;

S(xi)2 - сумма квадратов всех отклонений от среднего.

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

Опасные сечения металлических конструкций назначают в местах наибольших изгибаемых моментов и поперечных сил от действия нормативной нагрузки. Размеры конструкции проверяют с точностью ±1 мм.

Используя полученные интегральные параметры балок Tsr (см) и Jss по номограмме (см. фиг.1), находят фактические пределы огнестойкости металлических балок здания.

Гарантированный предел огнестойкости металлических балок, Fur, мин, вычисляют по номограмме (см. фиг.1) при соответствующем изменении конструктивных параметров:

Jss - интенсивности нормальных напряжений в поперечном сечении балки от нормативной нагрузки (0÷1);

Tsr (см) - приведенной толщины металла поперечного сечения балок.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

а) средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в строительной промышленности, а именно в классификации металлических колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара;

б) для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

в) предложенный способ применен при оценке фактических пределов огнестойкости металлических балок, испытанных в огневой печи ВНИИПО. Сплошное поперечное сечение металлической балки представляет несущий стержень в виде двутавра №22, с размерами b×h×d=11×22×0,54 см, площадь металла As=30,6 см2; предельная и критическая температура для строительной стали С285 (марки Ст.3) соответственно равны 500 и 510°С; предел огнестойкости, определенный при огневых испытаниях, равен 0,55 ч (33 мин). Предел огнестойкости металлических балок, вычисленный по результатам неразрушающих испытаний, равен 34 мин (0,56 ч); погрешность расчета равна 3%, что меньше 5%.

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. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования. Нормы пожарной безопасности. НПБ 233-97. - М.: ВНИИПО, 1997. - 14 с.

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

4. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1995. - 7 с.

5. СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: ГУП Ц ПП, 1990-95 с. (см. с.63-66).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения огнестойкости металлических балок здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, инструментальное измерение геометрических характеристик при изгибе балок в их опасных сечениях; выявление условий опирания и крепления балок, схем обогрева их поперечных сечений; установление марки стали балок, характеристик металла сопротивлению на изгиб и растяжение; определение величины рабочей нормативной нагрузки на балки, схем ее приложения, интенсивности силовых напряжений в металле в опасных сечениях балок; определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности балок под рабочей нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия, отличающийся тем, что определение огнестойкости металлических балок здания проводят без огневого воздействия неразрушающими методами испытаний, используя комплекс единичных показателей качества стальных конструкций, определяют число и место расположения участков, в которых определяют единичные показатели качества, при этом технический осмотр дополняют определением группы однотипных металлических балок, за единичные показатели качества принимают геометрические характеристики балок, критическую температуру нагрева стали в условиях пожара; степень напряжения и предел текучести металла; вычисляют интегральные конструктивные параметры Jss и Tsr,

где Jss - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок от рабочей нормативной нагрузки (0ЈJssЈ1); Tsr - приведенная толщина металла (см) поперечного сечения балок; и, используя их, определяют по номограмме фактические пределы огнестойкости металлических балок, Fu(R), мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок от рабочей нормативной нагрузки, действующей в условиях стандартных огневых испытаний, вычисляют по формуле (1)

Jss=Mr/(Wn·Rуп),

где Мr - изгибающий момент в опасном сечении от рабочей нормативной нагрузки, действующей на балки в условиях испытаний, кН·м;

Wn - момент сопротивления поперечного сечения относительно горизонтальной оси балки, см3;

Rуп - нормативное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести стали по ТУ или ГОСТу, МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при различных значениях предельной температуры нагрева стали металлических балок tu, °C, отличающихся от величины критической температуры стали tcr, °C, фактическую интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических конструкций вычисляют по формуле (2)

где Jss - интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок (0÷1);

tu - предельная температура нагрева стали (°С), при которой различно нагруженные металлические балки теряют несущую способность;

tcr - критическая температура нагрева стали (°С) металлических балок (при нормативной интенсивности силовых напряжений Jн=0,625 для строительных сталей С235, С245 и С255 (Ст.3) tcr=510°C);

n - эмпирические показатели в зависимости от марок сталей (n=2,8 для строительных сталей С235, С245 и С255 (Ст.3)).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при tu=tcr±50°C интенсивность нормальных силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок вычисляют приближенно по формуле (3)

Jss=Jн·tcr/tu=0,625·tcr/tu,

где Jн=0,625 - нормативная интенсивность силовых напряжений в поперечном сечении металлических балок в условиях огневых испытаний.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что приведенную толщину металла (см) поперечного сечения балок рассчитывают по формуле (4)

Тsr=As/Pо,

где As - площадь поперечного сечения (см) металлических балок;

Pо - длина периметра обогрева (см) поперечного сечения балок.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества металлических балок, влияющих на их предел огнестойкости, принимают геометрические характеристики при изгибе поперечного сечения, условия закрепления концов балок, длину периметра обогрева поперечного сечения, нормативное сопротивление стали при изгибе, сжатии и растяжении по пределу текучести, величину рабочей нормативной нагрузки и схему ее приложения; величину изгибающего момента и поперечной силы, интенсивность нормативных силовых напряжений в металле в опасных сечениях балок, критическую температуру нагрева строительной стали в условиях огневого воздействия.

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

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что число испытаний nис единичного показателя качества металлических балок при вероятности результата 0,95 и точности 5% принимают по формуле (6)

nис=0,15·u2і6,

где u - выборочный коэффициент вариации результатов испытания, %.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что схему обогрева поперечных сечений в условиях пожара испытуемых металлических балок определяют в зависимости от фактического расположения частей здания.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда все единичные показатели качества металлических балок (при М более 9 шт.) находятся в контрольных пределах, минимальное целое число металлических конструкций в выборке по плану сокращенных испытаний Ммин, шт назначают из условия (7)

Ммин=0,3·(15+M0,5)і5;

где М - число однотипных металлических балок в здании, шт.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества металлических балок выходит за границы контрольных пределов, минимальное число конструкций в выборке по норме определяют по формуле (8)

Мн=5+М0,5і8.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества металлических балок выходит за границы допустимых пределов или МЈ5 шт., неразрушающему испытанию подвергают все однотипные конструкции здания поштучно.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют гарантированный предел огнестойкости металлических балок по номограмме путем решения обратной задачи огнестойкости.

Версия для печати


вверх