Пожарная безопасность строительных конструкций

3

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Пожарная опасность зданий и сооружений

Потенциальная пожарная опасность зданий и сооружений определяется количеством и свойствами материалов, находящихся в здании, а также пожарной опасностью строительных конструкций, которая зависит от горючести материалов, из которых они выполнены, и способности конструкций сопротивляться воздействию пожара в течение определенного времени, т.е. от ее огнестойкости. Пожарная опасность здания определяется вероятностью возникновения пожара, а также его продолжительностью и температурой.

2. Продолжительность и температурный режим пожаров

Пожары возникают от различных причин и, как правило, приносят значительные потери материальных ценностей, а в ряде случаев приводят и к гибели людей. В одних случаях возникновение пожаров связано с нарушением противопожарного режима или неосторожным обращением с огнем, а в других - следствием нарушения мер пожарной безопасности при проектировании и строительстве здания.

Во взрывопожароопасных цехах пожары являются следствием взрывов в помещениях или производственных аппаратах, емкостях или трубопроводах. Взрывы и связанные с ними пожары возникают при освоении новых технологических процессов, нового производственного оборудования. Нередко причиной пожаров и взрывов бывает неправильная оценка категории пожаровзрывоопасности помещений из-за недостаточной изученности свойств сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, определяющих их взрыво- и пожароопасные характеристики.

Пожары, как правило, возникают в каком-либо одном месте и в дальнейшем распространяются по горючим материалам и конструкциям здания. Исключения составляют случаи взрывов производственного оборудования, в результате которых пожары могут одновременно возникать в нескольких местах, а также случаи умышленного поджога.

Очень распространенной причиной пожара в процессе строительства зданий является нарушение правил пожарной безопасности при проведении газо- или электросварочных работ. Известно много случаев возникновения пожаров от неосторожного применения электросварки на предпусковых стройках, когда основное оборудование уже было установлено. Такие пожары, как правило, приносили большие убытки.

Продолжительность любого пожара т, (ч) можно определить, если известно количество горючего вещества и скорость его выгорания в данных условиях, используя следующую зависимость:

= N / n

где N - количество горючего вещества, кг/м²;

n - скорость выгорания данного вещества, кг/м² * ч.

Несмотря на кажущуюся простоту определения продолжительности пожара, вопрос этот представляет значительную сложность, так как скорость выгорания данного вещества не является величиной постоянной и зависит от условий притока воздуха в зону горения, а также от степени измельченности вещества и условий его размещения.

Но главным недостатком этого метода определения продолжительности пожара является то, что им не учитывается такой важный фактор, как температура пожара. На рис.3.1 приведены температурные кривые, полученные при горении различных материалов в количестве 50 кг/м². пожар горючесть огнестойкость строительный

Различные значения температур были зафиксированы и на реальных пожарах. Если при пожарах в подвальных помещениях, продолжавшихся по 5 - 6 часов температура не превышала 800°С, то в квартирах жилых зданий продолжительность пожаров редко превышала 1-1,5 часа, однако при этом температура достигала 1000-1100°С.

Во время пожаров в театральных зданиях и крупных универсальных магазинах наблюдалась температура около 1200°С, а продолжительность пожаров в ряде случаев превышала 2-3 часа. Еще более высокая температура отмечалась во время пожаров в производственных и складских зданиях, в которых перерабатывалось или хранилось большое количество твердых горючих материалов и горючих жидкостей. Так, при пожаре склада горючих жидкостей и смазочных материалов, продолжавшемся свыше 2 часов, температура достигала 1300°С.

Практика показывает, что продолжительность пожара может колебаться в значительных пределах, однако в большинстве случаев она не превышает 2-3 часа.

Данные о температуре на реальных пожарах были положены в основу температурных режимов, принятых стандартами ряда государств для испытаний строительных конструкций зданий на огнестойкость. В 1966 г. Международной организацией по стандартизации была рекомендована стандартная температурная кривая (рис. 3.2), которая принята в качестве температурного режима для испытаний строительных конструкций на огнестойкость и регламентирована СНиП.

Рис.3.1. Изменение температуры во времени при горении

Рис.3.2 Стандартная температурная кривая пожара, принятая для проведения испытаний материалов и конструкций: t = 345 lg (8 + 1) + t_нач

Из сравнения рис.3.1 и 3.2 можно заметить, что стандартная температурная кривая, в основу которой положены данные о пожарах в жилых зданиях, существенно отличается от температурных кривых, полученных при горении различных веществ в помещении. Фактические температуры на реальных пожарах могут быть выше или ниже указанных стандартной температурной кривой, которую следует рассматривать лишь в качестве усредненного температурного режима, необходимого для сопоставления данных об огнестойкости строительных конструкций.

Таким образом, для расчетов требуемых пределов огнестойкости оказывается целесообразным определять не фактическую продолжительность пожара, а так называемую расчетную, выраженную в часах стандартного температурного режима, принятого для испытаний строительных конструкций на огнестойкость.

Приближенное значение расчетной продолжительности пожара может быть определено при помощи эмпирической формулы, полученной на основании результатов экспериментальных работ по выявлению закономерностей горения различных видов твердых и жидких веществ в помещениях

где - F_пом, F_ок - площади помещения и оконных проемов, м²;

q₁, q₂, … q_m - количество каждого вида горючего вещества, кг/м²;

n₁ , n₂ … n_m - ы, учитывающие скорость выгорания веществ, кг/м² * ч.

Эта зависимость справедлива, если отношение F_пом / F_ок находится в пределах 4-10, а отношение ширины проема к его высоте равно 1 : 2. Допустимость простого суммирования продолжительности горения каждого из материалов, находящихся в помещении, можно объяснить тем, что интенсивность горения каждого вещества лимитируется постоянством отношения F_пом / F_ок, так как горение возможно только при соответствующем поступлении воздуха к очагу горения.

ы n в этой формуле численно равны количеству горючего вещества, при сгорании которого в помещении, имеющем указанные выше соотношения, продолжительность пожара будет составлять 1 час стандартного температурного режима.

Для ряда веществ значения этих ов получены экспериментальным путем и составляют (в кг/м² ч):

Бензин, керосин, ксилол и большинство других горючих жидкостей 15

Трансформаторное масло, мазут 20

Каучук, полистирол 25

Резина, резинотехнические изделия, органическое стекло, капрон 35

Ацетатный шелк, этрол ацетилцеллюлозный, целлофан, автомобильные шины 40

Древесина, деревянная мебель 56

Текстолит, триацетат 60

Линолеум, штапель и хлопок разрыхленные, карболитовые изделия 120

Бумага в кипах 300

Хлопок в кипах 600

В последние годы профессорами, докторами технических наук Кошмаровым Ю.А., Молчадским И.С. и другими учеными проведены теоретические и экспериментальные исследования процессов горения в условиях пожаров. Значительные успехи достигнуты в области исследования начальной стадии пожара, а также физического и математического моделирования процессов массотеплопереноса в условиях пожаров. Эти исследования позволили с достаточной для практических целей точностью прогнозировать процесс развития пожара в зависимости от особенностей воздухообмена в помещении, количества и вида пожарной нагрузки, под которой подразумеваются находящиеся в помещении горючие материалы, а также теплотехнических характеристик ограждающих конструкций помещения.

В соответствии со СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений" Материалы, Конструкции, Здания и помещения характеризуются:

а) пожарная опасность - свойства, способствующие возникновению и распространению опасных факторов пожара;

б) огнестойкость - свойства, способствующие сопротивлению возникновения опасных факторов пожара.

3. Горючесть строительных материалов

Межгосударственным стандартом "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть" (ГОСТ 30244 - 94), в соответствии с рекомендациями Международной организации по стандартизации (ISO / ТК - 92), строительные материалы, в зависимости от значения параметров горючести, подразделены на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Определение горючести строительных материалов осуществляют экспериментальным путем. Для каждого испытания изготавливают пять образцов цилиндрической формы следующих размеров: диаметр (45+0,-2)мм, высота (50±3)мм.

Установка для испытаний (рис. 3.3) состоит из печи, помещенной в теплоизолирующую среду; конусообразного стабилизатора воздушного потока; защитного экрана, обеспечивающего тягу; держателя образца и устройства для введения держателя образца в печь; станины, на которой монтируется печь.

Продолжительность испытания составляет 30 минут. Температура в печи до помещения образца должна составлять. 750°С, а средняя температура стенок 835°С. Температурный режим контролируется термопарами.

После окончания испытания образец охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

По результатам испытаний дают заключение о горючести материала.

К негорючим относят материалы в том случае, если во время испытания прирост температуры в печи за счет горения образца не превысил 50°С, потеря массы образца была не более 50%, а продолжительность устойчивого пламенного горения не более 10 с.

Строительные материалы, не удовлетворяющие хотя бы одному из указанных значений параметров, относятся к горючим.

Установка для испытания строительных материалов на горючесть: 1 - станина, 2 - изоляция, 3 - огнеупорная труба, 4 - порошок окиси магния, 5 - обмотка, 6 - заслонка, 7 - стальной стержень, 8 - ограничитель, 9 - термопары, 10 - стальная труба, 11 - держатель образца, 12 - печная термопара, 13, 14 - изоляция, 15 - труба из асбестоцемента, 16 - уплотнение, 17 - стабилизатор потока воздуха

4. Группы горючести строительных материалов

Горючие строительные материалы в зависимости от значений параметров горючести подразделяют на четыре группы горючести:

Г1 - слабогорючие,

Г2 - умеренногорючие,

ГЗ - нормальногорючие,

Г4 - сильногорючие.

Материалы следует относить к определенной группе горючести при условии соответствия всех значений параметров, установленных табл.3.1 для этой группы.

Таблица 3.1

Группа горючести материала	Параметры горючести
	Температура дымовых газов Т, 0С	Степень повреждения по длине, %	Степень повреждения по массе, %	Продолжительность самостоятельного горения tсг, сек.
Г1	<135	<65	<20	0
Г2	<235	<85	<50	<30
Г3	<450	>85	<50	<300
Г4	>450	>85	>50	>300

Примечание: Для материалов групп горючести Г1, Г2, ГЗ не допускается образование кипящих капель расплава при испытании.

Для каждого испытания изготовляют 12 образцов длиной 1000 мм, шириной 190 мм. Толщина образцов должна соответствовать толщине материала, применяемого в реальных условиях, но не более 70 мм.

Образцы для стандартного испытания материалов, применяемых только в качестве отделочных и облицовочных, а также для испытания лакокрасочных покрытий, изготовляют в сочетании с негорючей основой. Способ крепления должен обеспечивать плотный контакт поверхностей материала и основы. Толщина лакокрасочных покрытий должна соответствовать принятой в технической документации, но иметь не менее четырех слоев.

Для несимметричных слоистых материалов с различными поверхностями изготовляют два комплекта образцов с целью экспонирования обеих поверхностей. При этом группу горючести материала устанавливают по худшему результату.

Основной частью установки, изображенной на рис. 3.4, является вертикальная шахтная печь, выполненная из огнеупорного материала. Установка состоит из камеры сжигания, системы подачи воздуха в камеру сжигания, газоотводной трубы, вентиляционной системы для удаления продуктов сгорания.

Рис.3.4 Вертикальная шахтная печь: камера сжигания, 2 - держатель образца, 3 - образец, 4 - газовая горелка, 5 - вентилятор подачи воздуха

В камере сжигания устанавливают держатель образцов, источник зажигания, диафрагму. Держатель образца состоит из четырех прямоугольных рам, расположенных по периметру источника зажигания. Источником зажигания является газовая горелка, состоящая из четырех отдельных сегментов. Система подачи воздуха состоит из вентилятора, ротаметра и диафрагмы и должна обеспечивать поступление в нижнюю часть камеры сжигания равномерно распределенного по ее сечению потока воздуха в количестве (10±1,0) м³/мин и при температуре не менее 20°С.

После окончания испытания измеряют длину отрезков неповрежденной части образцов и определяют остаточную массу образцов. Неповрежденную часть образцов, оставшуюся на держателе, взвешивают.

По результатам обработки данных трех испытаний определяется среднее значение температуры дымовых газов, продолжительности самостоятельного горения, степени повреждения по длине и по массе. На основании этих данных по таблице, приведенной в начале параграфа, определяют группу горючести материала (Г1, Г2, ГЗ или Г4).

5. Воспламеняемость строительных материалов

Для оценки степени пожарной безопасности горючих материалов определяют их способность воспламенения под воздействием лучистой теплоты. Для этой цели ГОСТ 30402-96 дает классификацию горючих материалов в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока (КППТП), т.е. минимального значения этой плотности, при котором возникает устойчивое пламенное горение материала.

Горючие строительные материалы, в зависимости от величины КППТП, подразделяют на три группы воспламеняемости:

* В1 - трудновоспламеняемые - если величина КППТП равна или больше 35 кВт/м²;

* В2 - умеренновоспламеняемые - больше 20, но меньше 35 кВт/м²;

* ВЗ - легковоспламеняемые - меньше 20 кВт/м².

Сущность метода испытания состоит в определении параметров воспламеняемости материала при заданных стандартом уровнях воздействия на поверхность образца лучистого теплового потока и пламени от источника зажигания.

Для испытаний изготавливают 15 образцов, имеющих форму квадрата со стороной 165 мм и толщиной не более 70 мм. Материалы, применяемые только в качестве отделочных и облицовочных, а также лакокрасочные покрытия изготавливают в сочетании с негорючей основой.

Испытание на воспламеняемость материалов проводят на установке, схема которой приведена на рис.3.5. Установка состоит из опорной станины, подвижной платформы, источника лучистого теплового потока (радиационная панель), системы зажигания, состоящей из вспомогательной стационарной газовой горелки, подвижной горелки с системой перемещения, а также вспомогательного оборудования.

Рис.3.5 Установка для испытания материалов на воспламеняемость: 1 - радиационная панель, 2 - защитная плита, 3 - подвижная платформа, 4 - противовес, 5 - рычаг, 6 - вытяжной зонт

Основной частью установки является радиационная панель, которая состоит из кожуха с теплоизолирующим слоем и нагревательного элемента мощностью 3 кВт.

Испытания проводят в течение 15 мин или до воспламенения образца. Целью испытания является определение величины критической поверхностной плотности теплового потока (КППТП), при которой возникает устойчивое пламенное горение материала, на основании чего устанавливается группа воспламеняемого материала.

6. Огнестойкость строительных конструкций

Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуатационные функции. Огнестойкость относится к числу основных характеристик конструкций и регламентируется Строительными нормами и правилами.

Время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность, называют пределом огнестойкости и измеряют в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до наступления одного из предельных состояний:

R - потеря несущей способности определяется обрушением конструкции или возникновением предельных деформаций.

Е - потеря целостности (ограждающих функций). Потеря целостности наступает вследствие образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые в соседнее помещение проникают продукты горения или пламя.

I - потеря теплоизолирующей способности определяется повышением температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания.

Предел огнестойкости колонн, балок, арок и рам определяется только потерей несущей способности конструкций и узлов (R). Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, Е). Для наружных ненесущих стен - потеря целостности (Е). Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря целостности и теплоизолирующей способности (Е, I). Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - все три предельных состояния - R, Е, I. Для окон - только потеря целостности (Е).

Определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций в большинстве случаев осуществляют экспериментальным путем. Основные положения методов испытаний конструкций на огнестойкость изложены в ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования" и ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции"

Сущность метода испытания конструкций на огнестойкость сводится к тому, что образец конструкции, выполненный в натуральную величину, нагревают в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Температура в огневой камере печи t изменяется во времени по "стандартной" температурной кривой (рис. 3.2), которая может быть выражена зависимостью:

t = 345 lg (8 + 1) + t_нач ,

где - время от начала испытания, мин.; t_нач - начальная температура, °С.

Отклонение от температур, регламентируемых стандартной кривой, допускается в пределах 10% в течение 30 мин испытания и 5% - в последующее время.

Температуру в печи измеряют не менее чем в трех точках с помощью термопар. Горячие спаи термопар располагают на расстоянии 10 см от обогреваемой поверхности конструкции.

Нагревание испытываемых образцов соответствует реальным условиям работы конструкции и возможному направлению воздействия огня в случае пожара.

При испытании - колонны обогревают с четырех сторон; балки - с трех; покрытия и перекрытия - со стороны нижней поверхности; стены, перегородки, двери - с одной стороны.

Испытаниям подвергаются не менее двух одинаковых образцов серийного изготовления или специально изготовленных. Перед испытанием образцы оборудуют приборами для измерения температур и деформаций.

Условия подогрева и особенности опытного образца обусловливают конструкцию испытательных установок (рис.3.6), представляющих собой огневые печи, в которых создается заданный температурный режим с помощью сжигания жидкого или газообразного топлива. Печи оборудуют приборами для измерения температуры, а также устройствами для опирания, закрепления и нагружения опытных конструкций.

Рис. 3.6 Установка для испытания строительных конструкций на огнестойкость: а - стен без нагрузки, б - перекрытий под нагрузкой, в - колонн и стен под нагрузкой; 1 - огневая камера, 2 - опытный образец, 3 - вагонетка, 4 - нагрузка

7. Огнестойкость каменных конструкций

Огнестойкость каменных конструкций зависит от их сечения, конструктивного исполнения, теплофизических свойств каменных материалов и способов обогрева.

По восприятию нагрузок все каменные конструкции, без применения в них каких-либо других материалов, работают только на сжатие и подразделяются на несущие и самонесущие. Благодаря своей массивности и теплофизическим показателям каменные конструкции обладают хорошим сопротивлением действию огня в условиях пожара.

Высоким пределом огнестойкости обладают глиняные кирпичные конструкции. В условиях пожара кирпичные конструкции удовлетворительно выдерживают нагревание до 900°С, не снижая практически своей прочности и не обнаруживая признаков разрушения.

При нагревании до 800°С наблюдаются только поверхностные повреждения кладки в виде волосяных трещин и отслаивания тонких слоев. Конструкции, выполненные из глиняного кирпича, являются надежной преградой против распространения возникшего пожара. Предел огнестойкости конструкций из силикатного кирпича по прогреву такой же, как и из керамического кирпича. Это объясняется их одинаковыми теплофизическими характеристиками. Однако по изменению прочности при действии высокой температуры силикатный кирпич уступает глиняному.

8. Огнестойкость стальных конструкций

При прогреве стальных конструкций до "критической температуры" в материале начинают развиваться деформации ползучести значительной величины. Материал как бы течет. Но это не является плавлением стали (температура плавления стали - 1600…1700^оС).

Критическая температура начала развития деформаций ползучести для стальных конструкций принята 550⁰С. При этом для разных сталей она может несколько отличаться в ту или иную сторону.

Следует отметить, что температура, при которой начинают развиваться деформации ползучести, а также их скорость нарастания, существенно зависят от уровня нагружения конструкции. При нагрузках близких к предельным, деформации ползучести могут развиваться и при температурах 350 … 400⁰С, а при малых нагрузках конструкции могут сохранить свою форму и при температурах близких к 1000⁰С. На следующем рисунке даны графики испытаний различных арматурных сталей при разных уровнях нагружения.

Кривые полных деформаций арматуры при нагреве по режиму типа "стандартного" пожара и различной степени нагружения г_s: А) - класса А-I (Ст3); Б) - класса А-II(Ст5); В) - класса А-III (Ст25Г2С); Г) - класса А-III (Ст35ГС)

9. Огнестойкость железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции благодаря их негорючести и сравнительно небольшой теплопроводности довольно хорошо сопротивляются воздействию агрессивных факторов пожара. Однако они не могут беспредельно сопротивляться пожару. Современные железобетонные конструкции, как правило, выполняют тонкостенными, без монолитной связи с другими элементами здания, что ограничивает их способность осуществлять свои рабочие функции в условиях пожара до 1 ч, а иногда и менее. Еще меньшим пределом огнестойкости обладают увлажненные железобетонные конструкции. Если повышение влажности конструкции до 3,5% увеличивает предел огнестойкости, то дальнейшее повышение влажности бетона плотностью более 1200 кг/м³ при кратковременном действии пожара может вызвать взрыв бетона и быстрое разрушение конструкции.

Предел огнестойкости железобетонной конструкции зависит от размеров ее сечения, толщины защитного слоя, вида, количества и диаметра арматуры, класса бетона и вида заполнителя, нагрузки на конструкцию и схемы ее опирания.

Предел огнестойкости ограждающих конструкций по прогреву - противоположной огню поверхности на 140°С (перекрытия, стены, перегородки) зависит от их толщины, вида бетона и его влажности. С увеличением толщины и уменьшением плотности бетона предел огнестойкости возрастает.

Предел огнестойкости по признаку потери несущей способности зависит от вида и статической схемы опирания конструкции. Однопролетные свободно опертые изгибаемые элементы (балочные плиты, панели и настилы перекрытий, балки, прогоны) при действии пожара разрушаются в результате нагревания продольной нижней рабочей арматуры до предельной критической температуры. Предел огнестойкости этих конструкций зависит от толщины защитного слоя нижней рабочей арматуры, класса арматуры, рабочей нагрузки и теплопроводности бетона. У балок и прогонов предел огнестойкости зависит еще от ширины сечения.

При одних и тех же конструктивных параметрах предел огнестойкости балок меньше, чем плит, так как при пожаре балки обогреваются с трех сторон (со стороны нижней и двух боковых граней), а плиты - только со стороны нижней поверхности.

Наилучшей арматурной сталью с точки зрения огнестойкости является сталь класса А-III марки 25Г2С. Критическая температура этой стали в момент наступления предела огнестойкости конструкции, загруженной нормативной нагрузкой, составляет 570°С.

Выпускаемые заводами крупнопустотные предварительно напряженные настилы из тяжелого бетона с защитным слоем 20 мм и стержневой арматурой из стали класса А-IV имеют предел огнестойкости 1 ч, что позволяет использовать данные настилы в жилых зданиях.

Плиты и панели сплошного сечения из обычного железобетона при защитном слое 10 мм имеют пределы огнестойкости: арматура из стали классов А-I и А-II - 0,75 ч; А-III (марки 25Г2С) - 1 ч.

В ряде случаев тонкостенные изгибаемые конструкции (пустотные и ребристые панели и настилы, ригели и балки при ширине сечения 160 мм и менее, не имеющие вертикальных каркасов у опор) при действии пожара могут разрушаться преждевременно по косому сечению у опор. Такой характер разрушения предотвращают путем установки на приопорных участках данных конструкций вертикальных каркасов длиной не менее 1/4 пролета.

Плиты, опертые по контуру, имеют предел огнестойкости значительно выше, чем простые изгибаемые элементы. Эти плиты армированы рабочей арматурой в двух направлениях, поэтому их огнестойкость зависит дополнительно от соотношения арматуры в коротком и длинном пролетах. У квадратных плит, имеющих данное соотношение, равное единице, критическая температура арматуры при наступлении предела огнестойкости составляет 800°С.

С увеличением соотношения сторон плиты критическая температура уменьшается, следовательно, снижается и предел огнестойкости. При соотношениях сторон более четырех предел огнестойкости практически равен пределу огнестойкости плит, опертых по двум сторонам.

Статически неопределимые балки и балочные плиты при нагревании утрачивают несущую способность в результате разрушения опорных и пролетных сечений. Сечения в пролете разрушаются в результате снижения прочности нижней продольной арматуры, а опорные сечения - вследствие потери прочности бетона в нижней сжатой зоне, нагревающейся до высоких температур. Скорость прогрева этой зоны зависит от размеров поперечного сечения, поэтому огнестойкость статически неопределимых балочных плит зависит от их толщины, а балок - от ширины и высоты сечения. При больших размерах поперечного сечения предел огнестойкости рассматриваемых конструкций значительно выше, чем статически определимых конструкций (однопролетные свободно опертые балки и плиты), и в ряде случаев (у толстых балочных плит, у балок, имеющих сильную верхнюю опорную арматуру) практически не зависит от толщины защитного слоя у продольной нижней арматуры.

Колонны. Предел огнестойкости колонн зависит от схемы приложения нагрузки (центральное, внецентренное), размеров поперечного сечения, процента армирования, вида крупного заполнителя бетона и толщины защитного слоя у продольной арматуры.

Разрушение колонн при нагревании происходит в результате снижения прочности арматуры и бетона. Внецентренное приложение нагрузки уменьшает огнестойкость колонн. Если нагрузка приложена с большим эксцентриситетом, то огнестойкость колонны будет зависеть от толщины защитного слоя у растянутой арматуры, т.е. характер работы таких колонн при нагревании такой же, как и простых балок. Огнестойкость колонны с малым эксцентриситетом приближается к огнестойкости центрально-сжатых колонн. Колонны из бетона на гранитном щебне обладают меньшей огнестойкостью (на 20%), чем колонны на известковом щебне. Это объясняется тем, что гранит начинает разрушаться при температуре 573°С, а известняки начинают разрушаться при температуре начала их обжига 800° С.

Стены. При пожарах, как правило, стены обогреваются с одной стороны и поэтому прогибаются или в сторону пожара, или в обратном направлении. Стена из центрально-сжатой конструкции превращается во внецентренно сжатую с увеличивающимся во времени эксцентриситетом. В этих условиях огнестойкость несущих стен в значительной степени зависит от нагрузки и от их толщины. С увеличением нагрузки и уменьшением толщины стены ее предел огнестойкости уменьшается, и наоборот.

С увеличением этажности зданий нагрузка на стены возрастает, поэтому для обеспечения необходимой огнестойкости толщину несущих поперечных стен в жилых зданиях принимают равной (мм): в 5... 9-этажных зданиях - 120, 12-этажных - 140, 16-этажных - 160, в домах высотой более 16 этажей - 180 и более.

Однослойные, двухслойные и трехслойные самонесущие панели наружных стен подвергаются действию небольших нагрузок, поэтому огнестойкость этих стен обычно удовлетворяет противопожарным требованиям.

Несущая способность стен при действии высокой температуры определяется не только изменением прочностных характеристик бетона и стали, но главным образом деформативностью элемента в целом. Огнестойкость стен определяется, как правило, потерей несущей способности (разрушением) в нагретом состоянии; признак же обогрева "холодной" поверхности стены на 140° С не является характерным. Предел огнестойкости находится в зависимости от рабочей нагрузки (запаса прочности конструкции). Разрушение стен от одностороннего воздействия происходит по одной из трех схем:

1) с необратимым развитием прогиба в сторону обогреваемой поверхности стены и ее разрушением в середине высоты по первому или второму случаю внецентренного сжатия (по нагретой арматуре или "холодному" бетону);

2) с прогибом элемента в начале в сторону нагревания, а на конечной стадии в противоположном направлении; разрушение - в середине высоты по нагретому бетону или по "холодной" (растянутой) арматуре;

3) с переменной направления прогиба, как и в схеме 1, но разрушение стены происходит в приопорных зонах по бетону "холодной" поверхности или по косым сечениям.

Первая схема разрушения характерна для гибких стен, вторая и третья - для стен с меньшей гибкостью и платформенно опертых. Если ограничить свободу поворота опорных сечений стены, как это имеет место при платформенном опирании, уменьшается ее деформативность и поэтому предел огнестойкости увеличивается. Так, платформенное опирание стен (на не смещаемые плоскости) увеличивало предел огнестойкости в среднем в два раза по сравнению с шарнирным опиранием независимо от схемы разрушения элемента.

Уменьшение процента армирования стен при шарнирном опирании снижает предел огнестойкости; при платформенном же опирании изменение в обычных пределах армирования стен на их огнестойкость практически не влияет. При нагревании стены одновременно с двух сторон (межкомнатные стены) у нее не возникает температурного прогиба, конструкция продолжает работать на центральное сжатие и поэтому предел огнестойкости не ниже, чем в случае одностороннего обогрева.

Основные принципы расчета огнестойкости железобетонных конструкций

Огнестойкость железобетонных конструкций утрачивается, как правило, в результате потери несущей способности (обрушения) за счет снижения прочности, теплового расширения и температурной ползучести арматуры и бетона при нагревании, а также вследствие прогрева не обращенной к огню поверхности на 140° С. По этим показателям - предел огнестойкости железобетонных конструкций может быть найден расчетным путем.

В общем случае расчет состоит из двух частей: теплотехнической и статической.

В теплотехнической части определяют температуру по сечению конструкции в процессе ее нагревания по стандартному температурному режиму. В статической части вычисляют несущую способность (прочность) нагретой конструкции. Затем строят график (рис. 3.7) снижения ее несущей способности во времени. По этому графику находят предел огнестойкости, т.е. время нагревания, по истечении которого несущая способность конструкции снизится до рабочей нагрузки, т.е. когда будет иметь место равенство: М_рt (N_рt) = М_n(М_n), где М_рt (N_рt) - несущая способность изгибаемой (сжатой или внецентренно сжатой) конструкции;

М_n(М_n), - изгибающий момент (продольное усилие) от нормативной или другой рабочей нагрузки.

10. Огнестойкость деревянных конструкций

Огнестойкость деревянных конструкций в основном определяется их скоростью выгорания. Скорость выгорания (или обугливания) равна:

- 1 мм/мин для конструкций, выполненных из тонких досок и брусков (толщиной до 100 мм);

- 0.7 мм/мин для конструкций, выполненных из толстых досок и брусков (толщиной более 100 мм).

Пропитка деревянных конструкций антипиренами увеличивает их огнестойкость на 4 … 5 минут.

Например.

Несущую способность деревянной стойки в общем случае можно записать в виде:

,

где N - сжимающая сила; ц - коэффициент продольного изгиба; F = а·b - площадь поперечного сечения; а и b - размеры сторон прямоугольного сечения стойки; m - коэффициент условия работы; R - расчетное сопротивление древесины.

При выгорании древесины со скоростью v размер поперечного сечения стойки уменьшается со временем t по формуле F(t) = (a - 2vt)(b - 2vt). При этом изменяется и коэффициент продольного изгиба. Следовательно, несущая способность стойки во время пожара определяется соотношением:

Решая это уравнение относительно t можно определить предел огнестойкости деревянной стойки.

Размещено на Allbest.ru

...