Устойчивость зданий и сооружений при пожаре

ВВЕДЕНИЕ

Железобетон — строительный материал, в котором рационально объединены цементный бетон и стальная арматура. Арматура воспринимает в основном растягивающие напряжения, упрочняет бетон. Железобетонные конструкции и изделия подразделяют на сборные, изготовляемые на железобетонных заводах и монтируемые на строительных площадках, и монолитные, бетонируемые в опалубке на месте строительных работ. Кроме того, они могут быть с обычной или с предварительно напряженной арматурой. Различают железобетонные изделия из бетонов на основе портландцемента и его разновидностей; из силикатных бетонов, получаемых на основе известково-кремнеземистого вяжущего; из специальных видов бетона. Железобетонные изделия могут быть сплошными и пустотелыми, а также иметь различные типоразмеры.
По назначению железобетонные изделия и детали разделяют на четыре основные группы: изделия для жилых и общественных зданий; промышленных, зданий; инженерных сооружений; изделия общего назначения.
Железобетонные изделия и конструкции на сегодняшний день, пожалуй, самый распространенный строительный материал. Ни одно строительство не обходится без прочного, долговечного, многофункционального железобетона. Уже более 130 лет сборные и монолитные ЖБК используются строительными компаниями всего мира. До сих пор ведутся научные работы по изучению новых возможностей бетона, используются специальные сорта цемента, различные добавки, армирование.





1. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
1.1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Железобетонные конструкции являются базой современного индустриального строительства. Из железобетона возводят промышленные одноэтажные и многоэтажные здания, гражданские здания различного назначения, в том числе жилые дома, сельскохозяйственные здания различного назначения. Железобетон широко применяют при возведении тонкостенных покрытий (оболочек) промышленных и общественных зданий больших пролетов, инженерных сооружений: силосов, бункеров, резервуаров, дымовых труб, в транспортном строительстве для метрополитенов, мостов, туннелей на автомобильных и железных дорогах, энергетическом строительстве для гидроэлектростанций, атомных установок и реакторов; в горной промышленности для надшахтных Сооружений н крепления подземных выработок и т. д. На изготовление железобетонных стержневых конструкций расходуется в 2,5—3,5 раза меньше металла, чем на стальные конструкции. На изготовление настилов, труб, бункеров и т. п. железобетонных конструкций требуется металла в 10 раз меньше, чем на аналогичные стальные листовые конструкции [1].
Рациональное сочетание применения железобетонных, металлических и других конструкций с наиболее рациональным использованием лучших свойств каждого материала имеет большое народнохозяйственное значение.
По способу выполнения различают железобетонные конструкции сборные, изготовляемые на заводах стройиндустрии и затем монтируемые на строительных площадках, монолитные, возводимые на месте строительства, и сборно-монолитные, которые образуются из сборных железобетонных элементов и монолитного бетона.
Сборные железобетонные конструкции в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации строительства. Применение сборного железобетона позволяет существенно улучшить качество конструкций, снизить по сравнению с монолитным железобетоном трудоемкость работ на монтаже в несколько раз, уменьшить, а во многих случаях и полностью устранить расход материалов на устройство подмостей и опалубки, а также резко сократить сроки строительства. Монтаж зданий и сооружений из сборного железобетона производить и в зимний период без существенного его удорожания [1].

1.2 ПОВЕДЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

Железобетон – это технически возможное и экономически целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев – сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже ( в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) – сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].
Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки (рис. 1, б).
В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 – 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 – 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура – на растяжение.
В последние годы все более широкое распространение получают арматурные стали, обладающие высокой прочностью (600 МПа и выше). Работа балки, армированной высокопрочной (рис. 1, в) сталью принципиально не отличается от работы балки, изображенной на рис. 1, б (при одинаковом количестве арматуры). Однако несущая способность ее будет значительно выше. Вместе с тем в такой балке еще до исчерпания несущей способности прогибы (f) и ширина раскрытия трещин (acrc) возрастают настолько, что значительно превышает допустимые в условиях эксплуатации. Это ограничивает применение высокопрочной арматуры в обычных железобетонных конструкциях [2].


Рисунок 1 - Схемы разрушений балок: а – бетонной; б – железобетонной; в – железобетонной, армированной высокопрочной сталью; г – предварительно напряженной; д – диаграмма «нагрузка F – прогиб f»; 1 – сжатая зона; 2 – растянутая зона; 3 – арматура
При приложении нагрузки к предварительно напряженной балке (рис. 1, г) растянутая зона бетона испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила Fcrc , вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации Fser (рис. 1, д). С увеличение нагрузки на балку (1) до предельного разрушающего значения Fu напряжение в бетоне и арматуре достигают предельных значений. В железобетонной балке без предварительного напряжения (2) нагрузка Fcrc < Fser , но разрушающая нагрузка Fu для обеих балок одинаковая.
Таким образом, железобетонные предварительно напряженные конструкции работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по их ширине раскрытием (Fcrc < Fser < Fu), в то время как конструкции без предварительного напряжения эксплуатируются при наличии трещин (Fcrc < Fser < Fu) и при больших значениях прогибов (рис. 1, д).
Усиление бетонных элементов арматурой возможно, если обеспечена их совместная работы. Совместная работа бетона и арматурной стали обуславливается выгодным сочетанием физико – механических свойств этих материалов: