Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций


Скачать 147.2 Kb.
НазваниеВопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций
Дата публикации26.07.2013
Размер147.2 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Экономика > Документы
Тема10: Огнестойкость металлических конструкций. Металлические конструкции и их поведение в условиях пожара.

Вопросы:

1.Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций.

2. Поведение металлических конструкций в условиях пожара.

3. Расчет огнестойкости металлических конструкций.

4.Огнезащита металлических конструкций.

-1-

В современной практике строительства металлические конструкции(стальные и алюминиевые) находят широкое применение. Это объясняется тем, что металл благодаря высокой прочности, надежности работы при различных видах напряженного состояния и долговечности способен воспринимать значительные нагрузки.

Достоинства металлических конструкций (МК):

  • Сплошность материала и соединений позволяет выполнять водонепроницаемые и газонепроницаемые конструкции;

  • Высокая прочность;

  • Надежность;

  • индустриальность в изготовлении с учетом принципов унификации и стандартизации их элементов;

  • Транспортабельность;

  • небольшие сроки при монтаже;

  • относительная легкость по сравнению с железобетонными конструкциями определяют экономичность использования МК в строительстве.

  • Кроме того, МК удобны в эксплуатации, так как легко ремонтируются и могут быть усилены во время проведения реконструкционных работ в случае увеличения эксплуатационных нагрузок.


Однако МК обладают такими недостатками, как:

  • Подверженность воздействию коррозии (кроме алюминиевых сплавов), что требует

специальных мероприятий по защите;

  • Малой огнестойкостью при температурах выше 400оС для сталей и выше 200оС для алюминиевых сплавов.

^ Виды металлических конструкций:

  • Стальные конструкции:

Область применения: строительство одноэтажных, одно- или многопролетных производственных зданий; несущих каркасов высотных зданий; зданий специального назначения (ангары, эллинги, авиасборочные цехи); пролетных строений мостов, путепроводов и эстакад; промышленных сооружений из листовых конструкций (резервуары, , доменные печи и т.д.); и т.д.

^ По прочности различают следующие группы сталей:

  1. Обычной прочности - малоуглеродистые стали с пределом текучести 230 МПа и

временным сопротивлением (пределом прочности) 380 МПа;

  1. Повышенной прочности - низколегированные с пределом текучести 290−400 МПа и временным сопротивлением 440−520 МПа;

  2. высокой прочности - низколегированные, среднелегированные и термически упрочненные с пределом текучести 450−750 МПа и более, и временным сопротивлением 600−850 МПа и более.

Для производства МК используются малоуглеродистые и низколегированные стали.


  • ^ Алюминиевые конструкции:

Область применения: кровельные и стеновые панели, витражи остекления, каркасы сборно-разборных зданий и сооружений, листовые конструкции и

трубопроводы для агрессивных жидкостей, а также большепролетные конструкции, для которых большое значение имеет снижение собственного веса и конструкций для сооружений, возводимых в труднодоступных районах.

^ Для изготовления алюминиевых конструкций применяются следующие сплавы: алюминиево-марганцевые; алюминиево-магниевые; кремнемагниевые; цинкомагниевые и медномагниевые.
Стальные и алюминиевые конструкции изготавливаются из прокатных, холодногнутых или прессованных полуфабрикатов и изделий с указанием их основных геометрических размеров.
Для соединения отдельных элементов МК применяются:

  1. Сварные соединения

  2. Болтовые соединения

  3. Заклепочные соединения.

Наиболее распространенными и экономичными являются сварные соединения. Для их выполнения, по сравнению с болтовыми и заклепочными соединениями, требуется меньше времени и металла.

^ Сварные соединения имеют высокую прочность и могут выполняться как в заводских условиях, так и непосредственно на строительной площадке. Недостатками сварных соединений являются деформация изделий от усадки сварных швов и возникновение остаточных напряжений в конструкциях.

^ Болтовые соединения применяются для выполнениярабочих и монтажных соединений, воспринимающих усилия растяжения, сжатия или сдвига. Эти соединения просты и надежны, однако требуют большего расхода металла на конструкцию вследствие ослабления сечений отверстиями. Из-за зазоров между болтом и отверстием соединения,

работающие на сдвиг, обладают податливостью (деформативностью). В строительных конструкциях применяют болтовые соединения грубой, нормальной и повышенной точности. Величины зазоров между болтом и отверстием составляют для болтов грубой точности + 2−3 мм, а нормальной точности + 0,3−0,5 мм. Вследствие небольшой величины предварительного натяжения болтов и наличия зазоров эти соединения деформативны, поэтому используются в неосновных соединениях, например, в фонарных

конструкциях, связях и т.д.

Болты повышенной точности и высокопрочные болты используются в ответственных рабочих и монтажных соединениях при изготовлении основных несущих конструкций.

В конструкциях, воспринимающих динамические нагрузки, используются заклепочные соединения . Диаметр отверстий для установки заклепок на

1-1,5 мм больше диаметра заклепок. В соединениях заклепки ставят горячим или холодным способом. Предпочтение отдают горячему способу , так как при остывании стержень заклепки укорачивается и плотно стягивает между собой соединяемые элементы. Удары пневматического молотка по головке заклепки, установленной в отверстии, увеличивают диаметр стержня заклепки, плотно заполняющего отверстия соединяемых элементов. Расчет заклепочных соединений, работающих на сдвиг, аналогичен расчету соединений с использованием болтов грубой, нормальной и повышенной точности. При этом диаметр заклепки принимается равным диаметру отверстия. В отличие от болтовых соединений, соединения с применением заклепок используются только для восприятия сдвигающих усилий. Алюминиевые болты и заклепки изготовляют из алюминия той же марки, что и соединяемые элементы.
В качестве ограждающих конструкций в зданиях производственного и общественного назначения применяются утепленные и холодные панели с использованием стальных или алюминиевых листов и элементов каркаса, выполненных из этих материалов.

Легкие теплые кровли, уложенные на металлические стропильные фермы, состоят из стального профилированного настила, эффективного утеплителя, асфальтовой стяжки и 3-4-х слойного рубероидного ковра на битумной основе.
^ Кровельные конструкции крепятся к прогонам в виде прокатных или гнутых швеллеров, прикрепленных к верхним поясам ферм в узлах, или непосредственно укладываются на верхние пояса ферм. Профилированный настил крепится к прогонам и верхним поясам ферм самонарезающимися болтами диаметром 6 мм с шагом 300 мм. Стыки профилированных настилов выполняются с применением заклепок диаметром 5 мм.

В неотапливаемых зданиях и сооружениях профилированный стальной или алюминиевый настил непосредственно крепится к прогонам, опирающимся на несущие конструкции покрытия (рис. 5.3,в). Кровельные конструкции рассчитываются на поперечный изгиб, а стеновые панели + на сжатие с изгибом. При использовании в качестве несущих конструкций стальных балок на них укладываются железобетонные плиты, а также стальной настил толщиной 6 +14 мм, которые привариваются к балкам. В зависимости от отношения расчетного пролета стального настила к его толщине, настил рассчитывается на поперечный изгиб, растяжение или растяжение с изгибом.
Балками называются конструктивные элементы сплошного сечения, работающие на изгиб. С помощью металлических балок в многоэтажных зданиях гражданского и промышленного назначений перекрываются пролеты от 6 м до 18 м, а в одноэтажных промышленных зданиях используются несущие балки, покрытий пролетом до 24 м. Кроме этого, металлические балки применяются для путей под мостовые краны и подвесного транспортного оборудования, а также в качестве несущих элементов эстакад, рабочих площадок и других сооружений. По статической схеме различают балки разрезные и неразрезные. Неразрезные балки и однопролетные балки с жесткой заделкой в опорных частях менее металлоемки, но менее экономичны в изготовлении и при

По типу сечений стальные балки бывают прокатными и составными, а алюминиевые балки могут быть прессованными и составными.

Наиболее экономичными являются прокатные балки в виде двутавра и швеллера, которые применяются в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий, ригелей фахверка, подкрановых балок для кранов с небольшой грузоподъемностью.

Составные балки выполняются в основном двутаврового сечения, а в случае возникновения крутящего момента, вызванного эксцентрично приложенной эксплуатационной нагрузкой, применяют балки коробчатого сечения.
Основными несущими конструкциями покрытия являются стропильные фермы. Фермой называют решетчатую сквозную конструкцию, состоящую из отдельных прямолинейных стержней, которые соединяются между собой в узлах. В зависимости от конструктивной схемы здания фермы могут опираться на несущие стены, стальные или железобетонные колонны.

Наиболее распространенными в практике строительства являются фермы, элементы которой выполнены из парных стальных прокатных уголков или из труб.
Колонны служат для передачи эксплуатационной нагрузки от вышерасположенных конструкций покрытия и перекрытия через фундаменты на грунт. Колонна состоит из трех основных частей: оголовка, на которой опираются вышележащие конструкции; стержня, воспринимающего нагрузки; базы, передающей давление колонны на фундамент. Металлические колонны изготавливаются из стали. Алюминиевые сплавы из-за их низкого модуля упругости применяются для малонагруженных колонн в сборно-разборных зданиях.
К плоскостным распорным конструкциям относят арки и рамы.

Арка представляет собой конструкцию криволинейного очертания. Стальными арками перекрываются пролеты от 30 м до 150 м. По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные.

Наиболее металлоемкими из-за больших изгибающих моментов при действии вертикальной равномерно распределенной нагрузки являются трехшарнирные арки.

Двухшарнирные арки менее чувствительны к температурным и деформационным воздействиям по сравнению с бесшарнирными и более жесткие, чем трехшарнирные.

Кроме этого, в двухшарнирных арках наблюдается более равномерное распределение изгибающих моментов. Такие арки экономичны по расходу металла, просты в изготовлении и монтаже, что способствует широкому применению таких конструкций в строительстве.
Рама состоит из стоек и ригеля прямолинейного, ломаного или криволинейного очертания. При шарнирном опирании ригеля на стойки последние жестко соединяются с основанием. Жесткое сопряжение ригеля и стоек, а также жесткое соединение стоек с основанием позволяет увеличить жесткость конструкции в ее плоскости и снизить ее металлоемкость. Рамы целесообразно проектировать при пролетах 24 - 80 м.

Различают рамы: трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные.
-2-

Хотя металлические (стальные) конструкции выполнены из несгораемого материала, фактический предел их огнестойкости в среднем составляет 15 мин. Это объясняется достаточно быстрым снижением прочностных и деформативных характеристик металла при повышенных температурах во время пожара. Обрушившиеся или получившие большой прогиб металлические конструкции вызывают порчу оборудования, сырья, готовой продукции и затрудняют решение вопросов эвакуации и организации тушения пожара.

Интенсивность нагрева МК зависит от ряда факторов, к которым относятся характер нагрева конструкций и способы их защиты.

Высокая теплопроводность металла позволяет предполагать, что теплоперенос в массе металлической конструкции является равномерным и мгновенным.

Степень нагрева металлической конструкции при пожаре зависит от размеров их элементов и величины поверхности их обогрева.

Наибольшую опасность при пожаре представляют собой утепленные ограждающие конструкции. В качестве утеплителя часто используются полимерные горючие материалы: пенополистирол, пенополиуретан, пенопласт, сотопласт и др. При загорании утеплителя стальные элементы ограждающей конструкции оказываются в зоне воздействия пламени.

При действии на балку высоких температур при пожаре даже на ограниченную часть ее поверхности, сечение конструкции, вследствие высокой теплопроводности металла, быстро прогревается до одинаковой температуры. При этом снижается предел текучести и модуль упругости стали. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует максимальный изгибающий момент.

Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию несущей способности ее элементов и узловых соединений этих элементов. Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки конструкции. Сжатые элементы верхнего пояса и решетки могут потерять свою несущую способность в результате потери устойчивости в плоскости

и из плоскости фермы. Повреждение при пожаре ограждающего покрытия или связей между фермами приводит к потере устойчивости сжатых элементов верхнего пояса из плоскости фермы на нераскрепленном участке.

Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности стержнем конструкции; прочности или устойчивости элементами соединительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям колонны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами соединительной решетки в колоннах сквозных сечений; местной устойчивости стенки и свесов сжатых полок колонны составного двутаврового сечения; общей устойчивости колонны.

Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы работы конструкции, а также конструкции сечения их элементов.

Разрушение арок и рам может наступить и из-за потери несущей способности опорных и конькового узлов, а потеря устойчивости элементов из плоскости конструкции - из-за обрушения связей.

-3-

Наступление предела огнестойкости металлических конструкций наступает в результате потери прочности или за счет потери устойчивости самих конструкций или их элементов. Тому и другому случаю соответствует определенная температура нагрева металла, называемая критической, tcr.

Критической температурой прогрева сечения конструкции или ее отдельного элемента в условиях пожара называется температура, при которой наступает потеря их несущей способности. Расчет предела огнестойкости сводится к решению двух задач:

статической и теплотехнической.

^ Статическая задача имеет целью определения несущей способности конструкции с учетом изменения свойств металла при высоких температурах, т.е. определения критической температуры в момент наступления предельного состояния при пожаре.

В результате решения теплотехнической задачи определяется время нагрева металла от начала действия пожара до достижения в расчетном сечении критической температуры, т.е. решение этой задачи позволяет определить фактический предел огнестойкости Пф конструкции.

-4-

Фактический предел огнестойкости стальных конструкций при «стандартном» режиме пожара, в зависимости от толщины элементов сечения и величины действующих напряжений, составляет от 0,1 до 0,4 ч. Исключение составляют стальные оболочки, мембранные покрытия, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать 0,75 +1 ч. При проектировании зданий и сооружений предел огнестойкости незащищенных стальных конструкций с приведенной толщиной металла в 1 см допускается принимать равным 0,25 ч. Значения же требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкций. Таким образом, большинство незащищенных стальных конструкций удовлетворяют лишь требованиям по пределу огнестойкости 0,25 ч. Это позволяет сделать вывод о том, что область применения металлических конструкций ограничена по огнестойкости, так как не выполняется условие безопасности - Пф ≥ Птр.

Это условие безопасности является основным критерием обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, т.е. если Пф ≥ Птр + огнезащита не нужна, а при Пф < Птр + огнезащита необходима.

Наиболее надежными способами огнезащиты в настоящее время являются: облицовки из негорючих материалов; огнезащитные покрытия; подвесные потолки.

В качестве облицовочных материалов для огнезащиты МК используются бетон, кирпич, гипсокартонные листы (ГКЛ) и другие плитные и листовые изделия, а также различные типы штукатурки.

Обетонирование. Огнезащита металлических конструкций при помощи бетона в отечественном строительстве применяется сравнительно часто. Применение бетонной защиты наиболее рационально в том случае, когда одновременно производится усиление ригелей, колонн или стоек, например, при реконструкции зданий и сооружений.

Облицовка из кирпича. Кирпичную облицовку наиболее часто применяют для повышения предела огнестойкости колонн и стоек. Кладку для огнезащитной облицовки выполняют из глиняного обыкновенного и силикатного кирпича на цементно+песчаном растворе марки не ниже 50.

Облицовки из бетона и кирпича не боятся сырости, могут применяться при практически любых температурно+влажностных условиях, при наличии агрессивной среды, они устойчивы к атмосферным воздействиям и динамическим нагрузкам. Но эти способы огнезащиты связаны с трудоемкими опалубочными и арматурными работами, малопроизводительны, значительно утяжеляют каркас здания и удлиняют сроки строительства.

Облицовки из теплоизоляционных плит. Наиболее перспективны облицовки из теплоизоляционных плит на основе перлита, вермикулита и цемента, асбестоперлитоцементных и полужестких минераловатных плит.

Облицовка гипсокартонными листами (ГКЛ). В настоящее время разработана огнезащитная облицовка из гипсокартонных листов. Конструкции выполнены применительно к многоэтажным зданиям и сооружениям со стальным несущим каркасом, с междуэтажными перекрытиями из сборных железобетонных плит или монолита. Эти конструкции значительно легче кирпичной или бетонной облицовки, индустриальны, эффективны с точки зрения огнестойкости. При применении ГКЛ допускается демонтаж огнезащитной облицовки и выполнение различных работ по усилению несущих конструкций, а также повторного нанесения антикоррозионного покрытия несущих конструкций здания. Внутреннюю полость между огнезащитой и элементами несущей конструкции можно использовать для монтажа различных инжинерных конструкций. Огнезащитные облицовки из гипсокартонных листов являются довольно перспективными.

Штукатурка. Традиционным видом огнезащитного покрытия является цементно-песчаная штукатурка. Для ее приготовления используются цемент и песок. Она рекомендуется для защиты таких металлоконструкций зданий, как колонны, ригели, элементы связей, узлы сопряжения между элементами. Использование цементно-песчаной штукатурки обусловлено такими достоинствами, как недефицитность материалов для приготовления состава, простота изготовления, возможность механизированного нанесения, обеспечение значительного предела огнестойкости защищаемой конструкции.

В то же время этот вид огнезащиты имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение, к которым относятся: большая трудоемкость работ по нанесению покрытия из-за необходимости армирования стальной сеткой; большие нагрузки на фундаменты зданий за счет утяжеления каркаса; необходимость применения антикоррозионных составов. При проектировании и выполнении штукатурных работ необходимо учитывать требования технологии ее нанесения на защищаемую поверхность. Чтобы штукатурка не отвалилась в самом начале пожара перед ее нанесением конструкцию тщательно очищают от грязи, пыли, ржавчины и крепят к ней стальную сетку.

^ Огнезащитные покрытия. Одним из перспективных способов огнезащиты металлических конструкций являются высокоэффективные покрытия, которые наносят на поверхность конструкции сравнительно тонким слоем. Эти покрытия могут быть невспучивающимися и вспучивающимися.

Среди огнезащитных невспучивающихся покрытий типа ОФП до последнего времени применялся состав ОФП+ММ (ГОСТ 23791+79). Однако из -за наличия асбеста в рецептуре этого покрытия оно было запрещено к дальнейшему применению. Вместо него в настоящее время используется состав ОФП+МВ (ГОСТ 25665+83), в котором асбест заменен на гранулированную минеральную вату. По своим огнезащитным и физико-механическим свойствам, способу нанесения, используемым механизмам для нанесения, эти составы идентичны. Различие имеется лишь в подготовке рабочего состава. В настоящее время широко применяется и облегченное покрытие марки ОПВ+180 (ВСН 113+84), в состав которого входят гипсоцементное пуццолановое вяжущее, муллитокремнеземное волокно, пластификатор и шлам флотации фосфоритных руд.

^ Вспучивающиеся огнезащитные покрытия представляют собой композиционные материалы, включающие полимерное вяжущее и наполнители (антипирены, газообразователи, жаростойкие вещества и стабилизаторы вспененного угольного слоя). При вспучивании и одновременном обугливании происходит образование мелкоячеистого по структуре слоя, обладающего низкой теплопроводностью, в результате чего резко замедляется прогрев металлических конструкций.

^ Огнестойкие подвесные потолки являются эффективным средством повышения огнестойкости металлических конструкций покрытий и перекрытий. Особенно целесообразны подвесные потолки для огнезащиты ферм и структур. Непосредственная защита каждого элемента этих конструкций облицовками или вспучивающимися покрытиями трудоемка и недостаточно надежна, так как трудно осуществима в узловых соединениях элементов конструкций.
Зарубежная и отечественная практика предусматривают в качестве огнезащиты металлических конструкций применять водяное охлаждение этих конструкций. Вода для охлаждения может подаваться непосредственно на поверхность конструкции от спринклерных, дренчерных и других систем. Для повышения эффективности охлаждения несущих конструкций система автоматического пожаротушения должна иметь специальные устройства, обеспечивающие бесперебойную подачу достаточного количества воды на защищаемые элементы.

Похожие:

Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconЗадача организация занимается производством металлических конструкций....
Организация занимается производством металлических конструкций. Выручка от реализации товаров (работ, услуг) для целей налогообложения...
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconАнглийское контрактное право: основные особенности и актуальные вопросы...

Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconВопрос 138. Понятие и виды дисциплинарной ответственности работников....

Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconОбщие положения и область применения
Гигиенические требования к видеодисплейным термина­лам, электронно-вычислительным машинам и организации работы
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconВопросы на защиту к лабораторной работе
Матричные принтеры. Принцип действия, достоинства, недостатки и область применения
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconВопросы по дисциплине: " Разработка и эксплуатация информационных систем "
Описание предметной области. Назначение и область применения. Технические характеристики. Постановка задачи
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconКурсовая работа По дисциплине «Логистика» на тему: «Штриховые коды:...
«Штриховые коды: понятие, виды, области применения в логистике. Структура и порядок применения штрихового кода ean-13»
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconВопросы к экзамену по курсу "Электротехнические материалы и техника...
Проводниковые материалы высокой проводимости. Характеристики и область применения
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconАндрея Журавлева «Adobe Photoshop для фотографов»
Приемы и методики применения инструментов демонстрируются на изображениях, наглядно иллюстрирующих их сильные и слабые стороны и...
Вопросы: Виды, область применения и особенности работы металлических конструкций iconВопросы к экзамену по семейному праву
Личные неимущественные права и обязанности супругов: понятие, особенности, виды, значение, содержание
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница