Роль огнезащиты в системе обеспечения пожарной безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль огнезащиты в системе обеспечения пожарной безопасности

Оптимальное проектирование строительных конструкций, отвечающих требованиям по огнестойкости, осуществляется с целью обоснованного выбора таких материалов, структуры, формы, размеров, условий опирания и параметров огнезащиты, каждой конкретной СКУ, которые гарантируют минимум ее массы, материалоемкости и стоимости.

При оптимальном проектировании необходимо учитывать конструктивные, эксплуатационные, технологические и технико- экономические факторы:

-значение требуемого предела огнестойкости

-тип конструкции и ориентацию защищаемых поверхностей в пространстве (колонны, балки, стойки)

-вид нагрузок, действующих на конструкцию, а также режим нагружения

-температурно - влажные условия эксплуатации огнезащиты

-степень агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкций.

-увеличение нагрузки на конструкцию за счет массы огнезащиты

-период монтажа огнезащиты (во время возведения здания)

-эстетические требования

-технико -экономические показатели

Существует два подхода к проектированию конструкций, отвечающих требованиям по огнестойкости:

Подход основан на рекомендация СНиП 21-01-97 по минимальным пределам огнестойкости СК

Подход, основанный на анализе планировочных и конструктивных характеристик здания, вида и количества пожарной нагрузки в его помещениях , а также на переходе от продолжительности реального пожара к эквивалентной продолжительности пожара через типовые строительные конструкции.

В соответствии со СНиПом второй подход применим к тем зданиям, для которых отсутствуют противопожарные нормы.

При первом подходе требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций здания принимают равными минимальным пределам огнестойкости, приведены в таблице СНиПа 21-01-97, а пределы огнестойкости каждой конкретной конструкции определяют с использованием стандартного температурного режима.

Оптимальные параметры конструкций (средств огнезащиты), удовлетворяющих требованиям по огнестойкости при минимальной массе, материалоемкости и стоимости, рассчитываются в соответствии с предлагаемым алгоритмом оптимального проектирования.

При проведении оптимизации следует учитывать ( в качестве ограничений) совокупность требований к огнезащите:

- простоту и технологичность изготовления мон6тажа на объекте.

- надежную связь с материалом конструкции и инертностью по отношению к нему

- совместную работу с конструкцией под нагрузкой

- устойчивость к внешним воздействиям при монтаже и эксплуатации

- отсутствие токсичных выделений при эксплуатации, а также аллергического действия на людей

- достаточно гарантийный срок эксплуатации (долговечность)

- возможность замены и восстановления в зависимости от условий эксплуатации

- наличие надлежащих защитно-декоративных качеств.

Фактические пределы огнестойкости СК рассчитываются как на этапе проектирования конструкций без огнезащиты, так и на этапе проектирования конструкций с огнезащитой.

Для расчета следует использовать методики, учитывающие с достаточной точностью все основные тепловые, физико-химические и механические процессы, происходящие в конструкциях с огнезащитой при пожаре, а также сопровождающие их изменения теплофизических и механических свойств материалов. Адекватность натуре используемых моделей должна быть подтверждена сравнением результатов расчета с экспериментальными данными.

Основные положения методики расчета требуемой толщины огнезащиты

Основные положения используемой на практике методики расчета требуемой толщины огнезащиты строительных конструкций заключаются в следующем.

1. Толщина огнезащиты выбранного варианта, необходимая для обеспечения требуемого (нормируемого) предела огнестойкости каждой конкретной конструкции, рассчитывается из условия:

П_ф ? П_тр, (1.1.)

где П_ф -- фактический предел огнестойкости рассматриваемой конструкции с огнезащитой; П_тр -- требуемое (нормативное) значение предела огнестойкости.

2. За предел огнестойкости конструкции принимается время от начала огневого воздействия по стандартному режиму на ее обогреваемую поверхность до возникновения предельного состояния.

Для несущих конструкций предельным состоянием является потеря несущей способности (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкции), а для ограждающих конструкций -- потеря теплоизолирующей способности (достижение температурой необогреваемой поверхности предельного значения). Для конструкций, выполняющих обе функции, предел огнестойкости определяется по предельному состоянию, наступающему первым.

Схемы определения фактических пределов огнестойкости СК показаны на рис. 1.1 и 1.2.

Рис. 1.1. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) несущих СК из условия потери несущей способности:

1 -- предельная нагрузка; 2 -- действующая нагрузка; 3 -- момент потери (обрушение или прогиб) несущей способности; N(M) -- продольная сила (изгибающий момент); t -- продолжительность огневого воздействия.

3. Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты несущих конструкций определяется взаимосвязанными теплотехническим и статическим расчетами с использованием условия (1.7).

4. Для бетонных и железобетонных конструкций, имеющих повышенную влажность, предельным состоянием является взрывообразное разрушение бетона. При этом за предел огнестойкости конструкции принимается время от начала огневого воздействия по стандартному режиму на ее обогреваемую поверхность до момента достижения температурой поверхности критического значения (300 °С).

а) б)

Рис. 1.2. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) ограждающих СК из условия потери теплоизолирующей способности:

а - зависимость температуры от времени; б -- распределение температуры по толщине конструкции в момент времени t; 1 -- предельная температура необогреваемой поверхности (Т_пр); 2-- зависимость температуры необогреваемой поверхности от времени; 3 -- момент потери теплоизолирующей способности; Т (х, t) -- распределение температуры по толщине рассматриваемой системы; Т_f -- температура газовой среды, воздействующей на обогреваемую поверхность; T_w, T_x -- температура обогреваемой и необогреваемой поверхностей; X-- поперечная координата.

Схема определения фактических пределов огнестойкости конструкций для этого случая показана на рис. 1.3.

а) б)

Рис. 1.3. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) бетонных и железобетонных конструкций с повышенной влажностью, имеющих опасность взрывообразного разрушения при пожаре:

а -- зависимость температуры от времени; б -- распределение температуры по толщине конструкции в момент времени t; 1 -- критическая температура обогреваемой поверхности (Т_кр); 2 -- зависимость температуры обогреваемой поверхности от времени; 3 -- момент наступления предельного состояния конструкции; Т(х, t), T_f ,T_w, T_x -- то же, что на рис. 1.2

Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты определяется из условия непревышения температурой поверхности конструкции критического значения в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости конструкции (рис. 1.4):

Т_w < Т_кр (1.2)

Рис. 1.4. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) по критической температуре поверхности защищаемой конструкции:

1 -- зависимость температуры защищаемой поверхности от толщины огнезащиты; 2 -- критическая температура.

5. В тех случаях, когда для определения предела огнестойкости несущих металлических конструкций обоснована возможность использования понятий «приведенная толщина» и «критическая температура» металла, толщина выбранного средства огнезащиты определяется теплотехническим расчетом из условия не превышения температурой защищаемого объекта критического значения в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного требуемому пределу огнестойкости конструкции [см. рис. 1.4 и формулу (1.2)].

Критическая температура металла рассматриваемой СК определяется из условия потери конструкцией несущей способности путем статического расчета при следующих допущениях:

а) в каждый момент времени температура распределена по сечению конструкции равномерно;

б) предельным состоянием конструкции является состояние, при котором напряжения, действующие в наиболее удаленных от нейтральной оси точках, достигают предела текучести материала;

в) к рассматриваемой конструкции может быть применена одна из статических расчетных схем: «центральное сжатие (растяжение)», «поперечный изгиб», «продольный изгиб».

Этот приближенный подход позволяет реализовать следующие пгновные расчетные случаи:

- центрально-сжатые (растянутые) стержни, равномерно обогреваемые по боковой поверхности;

- изгибаемые и внецентренно-нагруженные стержни, равномерно обогреваемые по боковой поверхности.

6. При использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла для определения пределов огнестойкости неравномерно прогретых конструкций температурное поле в системе «огнезащита -- конструкция» рассчитывается по одномерной расчетной схеме «двухслойная пластина» (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) при использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла:

1 -- огнезащита; 2 -- защищаемая металлическая пластина приведенной толщины ?; Т_кр -- критическая температура металла (Другие буквенные обозначения те же, что на рис. 1.2.)

В качестве граничного условия на необогреваемой поверхности пластины используется условие ее идеальной теплоизоляции.

Толщина металлического (защищаемого) слоя пластины принимается равной приведенной толщине металла рассматриваемой конструкции (стержня произвольной формы сечения), определяемой по формуле:

? = А / Р, (1.3)

где А - площадь поперечного сечения металлического стержня; Р - обогреваемый периметр стержня.

Предел огнестойкости элементов конструкции устанавливается по времени (в минутах) от начала обогрева до момента прогрева соответствующей ему пластины приведенной толщины до критической температуры. При этом следует иметь в виду, что расчет размеров выбранного средства огнезащиты по приведенной толщине металла и критической температуре, как правило, дает завышенные значения толщин огнезащитных составов. Это обусловлено невозможностью учета в этом случае таких факторов, как:

- неравномерность температурного поля по объему реального объекта огнезащиты;

- перетекание теплоты из объекта огнезащиты в смежные конструкции.

7. В случаях когда использование приближенного подхода согласно пп. 5, 6 невозможно, при определении размеров средства огнезащиты наряду с теплотехническим расчетом проводится статический расчет.

8. Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты ограждающих (не несущих) конструкций определяется только теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой необогреваемой поверхности конструкции предельно допустимого значения (по теплоизолирующей способности) в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости объекта (рис. 1.6):

Т_х ? Т_пр. (1.4)

Рис. 1.6. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) no предельной температуре необогреваемой поверхности ограждающей конструкции:

1 - зависимость температуры необогреваемой поверхности от толщины огнезащиты; 2 - предельная температура.

9. Необходимые для расчета характеристики огнезащитных составов (материалов) согласно НПБ 236-97 (п. 4.10) определяются разработчиком проекта (за исключением группы огнезащитной эффективности). Методика определения характеристик материалов должна соответствовать используемым методикам теплотехнического и статического расчетов.

10. Огнезащитная эффективность выбранного средства огнезащиты должна быть не ниже нормативного значения предела огнестойкости объекта огнезащиты.

11. Для того чтобы, как и при испытаниях, получить средний результат, в расчетах следует использовать средние значения теплофизических и механических характеристик материалов.

12. С целью подтверждения достоверности и надежности используемой методики теплотехнического расчета и принятых для расчета исходных данных в проекте проводится сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными, полученными при сертификационных испытаниях выбранного средства огнезащиты по методу НПБ 236-97. Максимальное отклонение результатов расчета от экспериментальных данных не должно превышать 20%. Расчет толщины покрытий делают из расчета приведенной толщины металла и таблиц производителей нормируемых по существующим СНиП и указанных в пожарных сертификатах

Технология перспективной огнезащиты

строительный конструкция огнестойкость тепловой

Современные способы моделирования пожаров в помещениях

Математическому моделированию пожаров посвящено много работ, но наиболее изученными и отработанными являются так называемые интегральные модели пожаров. Эти модели построены с использованием усредненных по объему аварийного помещения параметров заполняющей его газовой среды: температуры, плотности, давления, концентрации компонентов.

Интегральные модели основаны на применении законов сохранения массы и энергии, представляемых в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений относительно соответствующих среднеобъемных параметров.

Применимость интегральных моделей пожара для расчета параметров теплового воздействия на строительные конструкции с огнезащитой в условиях пожара носит ограниченный характер. Это обусловлено прежде всего тем, что теплоотдача различных элементов СК изучена недостаточно и имеющиеся эмпирические формулы не охватывают всего многообразия СК и оборудования, а также возможных условий, влияющих на теплообмен элементов СК с газовой средой при пожаре.

Расширить область применения интегрального метода моделирования пожаров позволяют зональные модели. Их сущность заключается в разбиении внутреннего объема АП на зоны, в пределах которых используют интегральный метод. Зоны выбирают таким образом, чтобы в пределах каждой из них газовую среду можно было с достаточной точностью описать усредненными параметрами. Для каждой из зон составляют систему дифференциальных уравнений, выражающих законы сохранения массы и энергии. Количество зон определяется характером решаемой задачи, а также размещением пожарной нагрузки и проемов в АП. Более детально развитие пожара в АП описывается методом дифференциального моделирования.

Дифференциальные модели позволяют получать исчерпывающую информацию о полях скорости и температуры., концентрации кислорода, продуктов сгорания, тушащего агента, лучистых и конвективных тепловых потоков в АП. Поэтому основной областью применения их являются локальные пожары и начальная стадия развивающегося пожара.

При практической реализации дифференциальных моделей пожара возникают проблемы , обусловленные сложностью:

учета сжимаемости газовой среды и малых перепадов давления в АП;

численного моделирования турбулентного переноса в запыленной частицами дыма среде;

применение в дискретной форме кинетических моделей горения реальных многокомпонентных газовых смесей ;

учета рассеяния излучения на частицах дыма;

определение условий однозначности, в частности, в зоне проемов.

Также предложена комбинированная модель пожара, основанная на рациональном сочетании интегральной и дифференциальной моделей.

К параметрам модели, предназначенным для переноса результатов модельных стендовых экспериментов на натуру, отнесены:

параметр принятой алгебраической модели турбулентности;

параметр лучистого переноса теплоты в газах;

параметр лучистого переноса теплоты в огнезащите.

Кроме того, выделены коэффициенты и параметры, подлежащие экспериментальному определению в лабораторных условиях:

Коэффициенты вспучивания или усадки разлагающихся материалов;

Параметры кинетики пиролиза материалов;

Теплофизические характеристики материалов в исходном состоянии

Остальные коэффициенты берутся из справочников.

Приведение заданного реального пожара к стандартному пожару огнестойкости рассматриваемой строительной конструкции осуществляется расчетным путем. Для рассматриваемой СК сначала рассчитывается фактический предел огнестойкости по одному из предельных состояний при заданной температурной кривой реального пожара. Затем по данному предельному состоянию определяется значение фактического предела огнестойкости при стандартном температурном режиме. Полученное значение предела огнестойкости и будет эквивалентным значением огнестойкости для заданного реального пожара.

Размещено на Allbest.ru