Расчет предела огнестойкости металлических конструкций
В соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности (см., например , п. 5.4.3 СП 2.13130.2012 ”Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты"), если требуемый предел огнестойкости конструкций (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) составляет R 15 (RE 15, REI 15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости. Исключением являются случаи, когда предел огнестойкости хотя бы одного из элементов несущих конструкций (структурные элементы ферм, балок, колонн и т. п.) по результатам испытаний составляет менее R 8. Однако на практике последним условием зачастую пренебрегают и принимают предел огнестойкости для незащищенных стальных конструкций равным R 15. Кроме того, недостаточно ясно, как фактический предел огнестойкости незащищенных стальных конструкций зависит от их приведенной толщины 6 кр (мм). При этом величина R 5 может быть как избыточной (при больших значениях бкр) , так и недостаточной (при малых значениях Дк р). Данные по фактическому пределу огнестойкости стальных незащищенных конструкций при различных значениях б , представленные в [1], относятся к стандартному температурному режиму так называемого ”целлюлозного” пожара (см. ISO 834-1 : 1999 ”Испытания на огнестойкость . Элементы строительных конструкций. Часть 1. Общие требования”; ГОСТ 30247.()—94 ”Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования”). В то же время незащищенные стальные конструкции зачастую используются на предприятиях нефтегазового комплекса, для которых характерен углеводородный температурный режим пожара (см. ГОСТ Р ЕН 1363-2—2014 ”Конструкции строительные. Испытания на огне- стойкость. Часть 2. Альтернативные и дополнительные методы"). Однако в литературе для такого случая отсутствует зависимость предела огнестойкости от приведенной толщины конструкции 6 кр• В работе [2] представлен инженерный метод расчета пределов огнестойкости стальных конструкций и для стандартного ”целлюлозного” пожара вычислены температуры конструкций, имеющих различные приведенные толщины. Вопросы оценки огнестойкости стальных конструкций, а также поведения строительных конструкций (в том числе стальных незащищенных) при пожаре освещались и в работах [3—1], но тоже в основном для случая стандартного ”целлюлозного” пожара. И лишь в работах [17—19] рассматриваются иные температурные режимы пожара. В связи с вышеизложенным настоящая работа посвящена расчетной оценке фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций для температурных режимов, соответствующих стандартным ”целлюлозному” и углеводородному пожарам.
Методика расчета и полученные результаты
Проведено численное моделирование прогрева незащищенных стальных конструкций, имеющих различные приведенные толщины бкр, при воздействии стандартных ”целлюлозного” и углеводород-ного пожаров. Использован программный комплекс FDS б [20]. Температурные режимы ”целлюлозного” и углеводородного пожаров описывались соотношениями:
”целлюлозный” режим (ГОСТ 30247.0-94):
т = то + 345* 1оg(8t + 1); (1)
углеводородный режим (ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014):
Т=1080 (1-0,325е '-0,167t ' -0,675е ' 25' )+20, (2)
где Т, То — текущая и начальная температуры, С;
t — время от начала пожара, мин.
Рассмотрены стальные незащищенные конструкции с приведенной толщиной от З до 60 мм. Предел огнестойкости определялся по достижении конструкцией температуры 500 С (ГОСТ Р 53295—2009 ”Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Методы определения огнезащитной эффективности”). На рис. 1 представлена зависимость фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций от их приведенной толщины при
воздействии стандартных ”целлюлозного” (кривая 1) и углеводородного (кривая 2) пожаров. На рис. 1 для сравнения представлены также данные работы [1 , с. 356] для стандартного ”целлюлозного” пожара (кривая З). Видно, что с увеличением приведенной толщины конструкции б фактический предел огнестойкости заметно возрастает. Обращает на себя внимание и тот факт, что для стандартного ”целлюлозного” пожара рассчитанный предел огнестойкости превышает 15 мин. В соответствии с СП 2.13130.2012 (п. 5.4.3), если требуемый предел огнестойкости конструкции (за исключением конструкции в со- ставе противопожарных преград) составляет R 15 (RE 15, REI 15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости. Исключение составляют случаи, когда предел огнестойкости хотя бы одного из элементов несущих конструкций по результатам испытаний менее R 8. Результаты расчетов, выполненных в настоящей работе, подтверждают правильность этого требования для случая стандартного ”целлюлозного” пожара. В то же время применение данного требования для стандартного углеводородного пожара может привести к ошибочным результатам, так как фактический предел огнестойкости (см. рис. 1) может быть менее 1 5 мин. Следует отметить удовлетворительное согласие результатов, полученных в настоящей работе для стандартного ”целлюлозного” пожара, с данными, приведенными в [1] (см. рис. 1, кривые 1 и З). В работе [19] найдено приближенное соотношение между температурами строительных конструкций при воздействии на них стандартных ”целлюлозного” и углеводородного пожаров: (3) времена достижения одной и той же тем- где % , ts ¯ температуры соответственно для углеводородного и ”целлюлозного” режимов пожара; К — коэффициент, равный 0,6 для бетонной конструкции и 0,28 для стальной незащищенной конструкции. Соотношение (З) может быть распространено и на рассматриваемый случай. При этом для стальной незащищенной конструкции коэффициент К может зависеть от ее приведенной толщины. Для определения зависимости коэффициента К от приведенной толщины конструкции (рис. 2) использованы данные, представленные на рис. (кривые 1 и 2). Из рис. 2 видно, что коэффициент К зависит от приведенной толщины строительной конструкции б . При этом при б более 30 мм эта зависимость довольно слабая, и в этом случае величина К может быть принята приближенно равной 0,39.
В настоящей работе с помощью программного комплекса FDS б проведено численное моделирование воздействия стандартных ”целлюлозного” и углеводородного пожаров на стальные незащищенные строительные конструкции при их различных приведенных толщинах б . Найдено, что для ”целлюлозного” пожара фактический предел огнестойкости превышает 15 мин при б = 5 мм, что подтверждает обоснованность допущения СП 2.13130.2012 о применение защищенных стальных конструкций для данного температурного режима пожара. В то же время для углеводородного пожара это допущение неприемлемо. Найдена зависимость между пределами огнестойкости для ”целлюлозного” и углеводородного пожаров при различной приведенной толщине конструкций. Результаты работы свидетельствуют о необходимости корректировки п. 5.4.3 СП 2.13130.2012 в части применения стальных незащищенных конструкций для зданий и сооружений , для которых характерен углеводородный пожар.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. МолчадскиЙ И. С. Пожар в помещении. — М. : ВНИИПО, 2005 — 456с.
2. Голованов В. И., Павлов В. В., Пехотиков А. В. Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитными плитами КНАУФ-Файерборд Пожарная безопасность. — 2016. — Х! З. —С. 171-178.
3. Голованов В. И., Павлов В. В., Пехотиков А. В. Оценка качества нанесения средств огнезащиты на стальные конструкции зданий и сооружений различного функционального назначения Пожарная безопасность. — 2015. — Ме 3. — С. 74—82.
4. Голованов В. И., ПехотиковА. В., Павлов В. В. Расчет огнестойкости конструкций из стали с повышенными показателями огнестойкости для объектов нефтегазовой промышленности Территория НЕФТЕГАЗ. — 2007. — 4. —С. 72-77.
5. Хасанов И. Р., Голованов В. И. Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций // Юбилейный сборник трудов ФГБУ ВНИИПО МЧС России. — М. : ВНИИПО, 2012. — с. 81-101.
б . PD 7974-7:2003. Application 0ff1re safety engineering principles to the design ofbuildings — Part 7: Probabilistic risk assessment. — London : British Standards Institution, 2003. — 88 р .
7. LawM. А review offormulae forT-equivalence Fire Safety Science. — 1997. — Vol. 5. — Р . 985—996. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-985.
8. Thomas G. С ., BuchananA. Н ., Fleischmann С . М . Structural Пте design: the role oftime equivalence // Fire safety Science. — 1997. — vol. 5. — Р . 607-618. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-607.
9. Shebeko Уи . N., Shebeko А . Уи . Conditions 0ff1re and explosion safety at а determination ofoperation parameters 0f industrial facilities // Science and Technology 0f Energetic Material. — 2011. Vol. 72, No. 2. — Р . 57-61.
10. CadorinJ. F., Perez Jimenez С ., FranssenJ. М . Inf1uence ofthe section and ofthe insulation type оп the equivalent time // Proceedings ofthe 4th lntemational Seminar оп Fire and Explosion Hazards. — Ulster : University 0fUlster, 2004. — Р . 547—557.
11. Уапд You-Fu, FuFeng. Fire resistance ofsteel beam to square CFST column compositejoints using RC slabs: Experiments and numerical studies Fire Safety Journal. — 2019. — Vol. 104. — Р . 90—108. DOI: 10.1016/j.frresaf.2019.Ol.009.
12. Шебеко А . Ю ., Шебеко Ю . Н ., ГорДиенкоД . М. Расчетная оценка эквивалентной продолжительности пожара для стальных конструкций технологической эстакады нефтеперерабатывающего предприятия // Пожарная безопасность. — 2017. — Ме 1. — С. 25—29.
14. Guo-Qiang Li, JianJiang, Уопд С . Wang. Experimental study ofthe inf1uence oftopcoaton insulation performance 0f intumescent coating for steel structures Fire Safety Journal. — 2018. — vol. 101. — Р . 25-38. DOI: 10.1016/j.frresaf.2018.08.006.
15. Meijing Liu, Shenggang Fan, Wenjun Sun, Runmin Ding, Ting Zhu. Fire-resistant design ofeccentrically compressed stainless steel columns with constraints / / Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. — Р . 1-19. DOI: lO.1016/j 6resaf.2018.06.006.
16. Maciulaitis R., Grigoni,s М ., Malaiskiene Ј . The impact ofthe aging ofintumescent f1re protective coatings оп f1re resistance // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 98. — Р . 15—23. DOI: 1 О . 1016/j f1resaf.2018.03.007.
17. Lucherini А ., Giuliani L., Jomaas (7. Experimental study ofthe performance 0f intumescent coatings exposed to standard and non-standard f1re conditions // Fire Safety Journal — . 2018. — Vol. 95.— Р . 42-50. DOI: 10.1016/j.6resaf.2017.lO.004.
18. QuielS. Е ., УоКоуата Т ., BregmanL. S , Muellerk. А ., Marjani,shviliS. М . А streamlined frame work for calculating the response 0f steel-supported bridges to open-car tanker truck f1res // Fire Safety Journal. . Р. 63-75. DOI: 10.1016/j.fwesaf.2015.03.004.
—2015. —Vol. 73. -- P . 63-75. DOI :10.1016/ j . firesaf .2015.03.004
19. Шебенко А.Ю., Шебенко Ю.Н. Взаимосвязь величин температуры строительных конструкций при стандартном и углеводородном температурных режимах пожара // Пожарная безопасность. -- 2017. --№2 — C . 46—49.
20. McGrattan K. B., McDermott R. J, Weinschenk C. G, Forney G. P. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide (version 6. l) / MST Special Publication- 1018. — Gaithersburg, Maryland : National Institute of Standards and Technology, 2013.
Информация об авторах
Шебенко Юрий Николаевич , д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России, г. Балашиха Московской обл., Российская Федерация;
Зубань Андрей Владимирович , канд. техн. наук, заместитель начальника отдела ФГБУ Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России, г. Балашиха Московская обл., Российская Федерация;
Шебеко Алексей Юрьевич , канд. техн. наук, начальник отдела ФГБУ Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России, г. Балашиха Московская обл., Российская Федерация;
Предел огнестойкости строительных конструкций
Огнестойкость строительных конструкций определяется их пределом огнестойкости, который устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний (REI):
- потери несущей способности (R);
- потери целостности (Е);
- потери теплоизолирующей способности (I).
Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.
При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).
Огнестойкость строительных конструкций
Здания и пожарные отсеки подразделяются по степеням огнестойкости согласно таблице. К несущим элементам здания, как правило, относятся несущие стены и колонны, связи, диафрагмы жесткости, элементы перекрытий (балки, ригели или плиты), если они участвуют в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания при пожаре. Сведения о несущих конструкциях, не участвующих в обеспечении общей устойчивости здания, приводятся проектной организацией в технической документации на здание.
Классификация степеней огнестойкости зданий (таблица)
Степень огнестойкости здания
Несущие элементы здания
Наружные ненесущие стены
Перекрытия междуэтажные(в том числе чердачные и над подвалами)
Пределы огнестойкости заполнения проемов (дверей, ворот, окон и люков, а также фонарей, в том числе зенитных и других светопрозрачных участков настилов покрытий) не нормируются, за исключением специально оговоренных случаев и заполнения проемов в противопожарных преградах.
В случаях когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции указан R 15 (RE 15, REI 15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R 8. (п.5.18*).
Отметим предел огнестойкости металлических незащищенных колон, балок ферм и остеклений – 15 минут.
Необходимо обратить внимание на то, что кроме приведенной выше классификации степеней огнестойкости вновь строящихся зданий в настоящее время действует и классификация степеней огнестойкости зданий регламентированная СНиП 2.01.02-85*, которая пока сохраняет еще три вида промежуточных степеней огнестойкости зданий IIIа, IIIб, IYа.
- Степень огнестойкости IIIа - здания с каркасной конструктивной схемой из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции из стальных листов или других негорючих материалов с трудногорючим утеплителем.
- Степень огнестойкости IIIб – здания с каркасной конструктивной схемой, преимущественно одноэтажные. Элементы каркаса из цельной или клееной древесины с огнезащитной обработкой, обеспечивающей требуемый предел распространения огня.
- Степень огнестойкости IYа – здания с каркасной конструктивной схемой, преимущественно одноэтажные. Элементы каркаса из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции из негорючих листовых материалов с горючим утеплителем.
Следует отметить, что при выпуске СНиП 2.01.02-85* взамен СНиП II-А. 5-70 был увеличен нормативно требуемый предел огнестойкости для колонн в зданиях II степени огнестойкости для зданий категорий Г и В.
То есть в многоэтажных зданиях категории Г (главные корпуса ТЭЦ, котельные и т.п.), а также в одноэтажных зданиях категории В (ЗРУ и т.п.), введенных в эксплуатацию в соответствии с СНиП II-А. 5-70 до 1986 года, нормативно допускались металлические не защищенные (не оштукатуренные) колонны с пределом огнестойкости 15 мин.
В соответствии с действующими нормативными документами в период эксплуатации указанных зданий с металлическими не защищенными колоннами требования органов государственного контроля по повышению пределов огнестойкости этих колон правомерны только в период реконструкции, капитального ремонта, изменения функционального назначения и т.п.
Расчет предела огнестойкости металлических конструкций
Предел огнестойкости конструкции - промежуток времени от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных для данной конструкции предельных состояний.
Для несущих стальных конструкций предельное состояние - несущая способность, то есть показатель R.
Хотя металлические (стальные) конструкции выполнены из несгораемого материалов, фактический предел огнестойкости в среднем составляет 15 мин. Это объясняется достаточно быстрым снижением прочностных и деформативных характеристик металла при повышенных температурах во время пожара. Интенсивность нагрева МК зависит от ряда факторов, к которым относятся характер нагрева конструкций и способы их защиты.
Различают несколько температурных режимов пожара:
- режим пожара в туннеле;
- режим углеводорожного пожара;
- режимы наружного пожара и т.д.
При определении пределов огнестойкости создается стандартный температурный режим, характеризуемый следующей зависимостью
где Т - температура в печи, соответствующая времени t, град С;
То - температура в печи до начала теплового воздействия (принимают равной температуре окружающей среды), град. С;
t - время, исчисляемое от начала испытания, мин.
Температурный режим углеводородного пожара выражается следующей зависимостью
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, т.е. при которой происходит образование пластичного шарнира.
Расчет предела огнестойкости сводится к решению двух задач: статической и теплотехнической.
Статическая задача имеет целью определения несущей способности конструкций 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 конструкции.
Основы современного расчета предела огнестойкости стальных конструкций представлены в книге "Огнестойкость строительных конструкций" *И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, А.Ю. Фролов Москва, 2001 г. Спецтехника), где расчету предела огнестойкости стальных конструкции посвящен раздел 3 на стр. 105-179.
Метод расчета пределов огнестойкости стальных конструкций с огнезащитными покрытиями изложены в Методических рекомендациях ВНИИПО "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Расчетно-экспертиментальный метод определения предела огнестойкости несущих металлических коснтрукций с тонкослойными огнезащитными покрытиями".
Результатом расчета является вывод о фактическом пределе огнестойкости конструкции, в том числе с учетом решений по ё огнезащиты.
Для решения теплотехнической задачи, т.е. задачи в которой необходимо определить время прогрева конструкции до критической температуры, необходимо знать расчетную схему нагружения, приведенную толщину металлической конструкции, количество обогреваемых сторон, марку стали, сечения (момент сопротивляние), а также теплозащитные свойства огнезащитных покрытий.
Эффективность средств огнезащиты стальных конструкций определяется по ГОСТ Р 53295-2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности". К сожалению данный стандарт не может применяться для определения пределов огнестойкости, об этом прямо написано в п. 1 "Область применения": " Настоящий стандарт не распространяется на определение пределов огнестойкости строительных конструкций с огнезащитой".
Дело в том что по ГОСТу в результате испытаний устанавливается время прогрева конструкции до условно критической температуры в 500С, в то время как расчетная критическая температура зависит от "запаса прочности" конструкции и её значение может быть как меньше 500С, так и больше.
За рубежом средства огнезащиты проходят испытания на огнезащитную эффективность по достижению критической температуры 250С, 300С, 350С, 400С, 450С, 500С, 550С, 600С, 650С, 700С, 750С.
Требуемые пределы огнестойкости установлены ст. 87 и таблицей № 21 Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности.
Степень огнестойкости определяется в соответствие с требованиями СП 2.13130.2012 "Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты".
В соответствие с требованиями п. 5.4.3 СП 2.13130.2012 . допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости хотя бы одного из элементов несущих конструкций (структурных элементов ферм, балок, колонн и т.п.) по результатам испытаний составляет менее R 8. Здесь фактический предел огнестойкости определяется расчетом.
Кроме того этим же пунктом ограничено применение тонкослойных огнезащитных покрытий (огнезащитных красок) для несущих конструкций с приведенной толщиной металла 5,8 мм и менее в зданиях I и II степеней огнестойкости.
Несущие стальные кострукции являются в большинстве случаев элементами рамно-связевого каркаса здания, устойчивость которого зависит как от предела огнестойкости несущих колонн, так и от элементов покрытия, балок и связей.
В соответствие с требованиями п. 5.4.2 СП 2.13130.2012 " К несущим элементам зданий относятся несущие стены, колонны, связи, диафрагмы жесткости, фермы, элементы перекрытий и бесчердачных покрытий (балки, ригели, плиты, настилы), если они участвуют в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания при пожаре. Сведения о несущих конструкциях, не участвующих в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания, приводятся проектной организацией в технической документации на здание".
Таким образом все элементы рамно-связевого каркаса здания должны иметь предел огнестойкости по наибольшему из них.
Определение предела огнестойкости строительных конструкций. Таблица
Согласно Федерального закона от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 30.04.2021) “Технический регламент о требованиях пожарной безопасности” Статья 35. Классификация строительных конструкций по огнестойкости.
Строительные конструкции зданий и сооружений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:
- ненормируемый;
- не менее 15 минут;
- не менее 30 минут;
- не менее 45 минут;
- не менее 60 минут;
- не менее 90 минут;
- не менее 120 минут;
- не менее 150 минут;
- не менее 180 минут;
- не менее 240 минут;
- не менее 360 минут.
Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний.
Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:
Пределы огнестойкости строительных конструкций имеют следующие обозначения:
- потеря несущей способности (R);
- потеря целостности (Е);
- потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I);
- достижение предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).
Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает:
- при потере целостности (Е),
- теплоизолирующей способности (I),
- достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S).
Внимание: методические материалы для проведения занятий по данной теме по кнопке скачать после статьи!
Степени и пределы
(зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков)
Смотрим таблицу 21 согласно Федерального закона от 22.07.2008 N 123-ФЗ “Технический регламент о требованиях пожарной безопасности”.
Соответствие степени огнестойкости и предела огнестойкости строительных конструкций зданий, сооружений и пожарных отсеков.
Строительные конструкции бесчердачных покрытий
Строительные конструкции лестничных клеток
Примечание. Порядок отнесения строительных конструкций к несущим элементам здания и сооружения устанавливается нормативными документами по пожарной безопасности.
Металлических
Испытание предела огнестойкости дверей
Пределы огнестойкости большинства незащищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах: (R10 – R15) для стальных конструкций; (R6 – R8) для алюминиевых конструкций. Исключение составляют колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать R 45, но применение таких конструкций в строительной практике встречается крайне редко.
Пособие по определению пределов огнестойкости строительных конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (утверждено приказом ЦНИИСК 351/л от 19.12.1984 с изменениями 2016 года).
В случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) указан R15 (RE15, REI15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R8 (СП 2.13130.2012).
Причина столь быстрого исчерпания незащищенными металлическими конструкциями способности сопротивляться воздействию пожара заключается в больших значениях теплопроводности и малых значениях теплоемкости. Высокая теплопроводность металла практически не вызывает температурного градиента внутри сечения металлической конструкции. Это приводит к тому, что при пожаре температура незащищенных металлических конструкций быстро достигает критических температур прогрева металла, при которых происходит снижение прочностных свойств материала до такой величины, что конструкция становится неспособной выдерживать приложенную к ней внешнюю нагрузку, в результате чего наступает предельное состояние конструкции по признаку потере несущей способности (R).
Значения критической температуры Tcr прогрева различных металлических конструкций при нормативной эксплуатационной нагрузке приведены в таблице:
Низколегированная сталь марки:
Алюминевые сплавы марки:
Как видно из таблицы критические температуры для алюминиевых конструкций в 2-3 раза ниже, чем у стальных элементов. Если возникает необходимость обеспечить огнестойкость металлических конструкций зданий выше, чем R15, то применяют различные способы повышения огнестойкости этих конструкций: облицовка несгораемыми материалами, нанесение на поверхность специальных огнезащитных покрытий (красок и обмазок), наполнение полых конструкций водой постоянным или аварийным, с естественной или принудительной циркуляцией.
Деревянных
Испытания на предел огнестойкости
В отличие от металла дерево является горючим материалом, поэтому пределы огнестойкости деревянных конструкций зависят от двух факторов: времени от начала воздействия пожара до воспламенения древесины времени от начала воспламенения древесины до наступления того или иного предельного состояния конструкции.
Традиционным способом повышения огнестойкости деревянных конструкций является нанесение штукатурки. Слой штукатурки толщиной 2 см на деревянной колонне повышает ее предел огнестойкости до R60. Эффективным способом огнезащиты деревянных конструкций являются разнообразные краски вспучивающиеся и невспучивающиеся, а также пропитка антипиренами.
Время от начала теплового воздействия до воспламенения древесины в зависимости от способа огнезащиты приведено в таблице:
| Способ огнезащиты | Время до воспламенения древесины, мин |
| Без огнезащиты и пропитке антипиренами | 4 |
| При защите: штукатуркой гипсовой толщиной 10…12мм |
штукатуркой цементной по металлической сетке толщиной 10…12мм
полужесткой минераловатной плитой толщиной 70мм
Железобетонных
Испытание предела огнестойкости окон
Огнестойкость железобетонных конструкций зависит от многих факторов: конструктивной схемы, геометрии, уровня эксплуатационных нагрузок, толщины защитных слоев бетона, типа арматуры, вида бетона, и его влажности и др.
В условиях пожара предел огнестойкости железобетонных конструкций наступает, как правило:
а) за счет снижения прочности бетона при его нагреве;
б) теплового расширения и температурной ползучести арматуры;
в) возникновения сквозных отверстий или трещин в сечениях конструкций;
г) в результате утраты теплоизолирующей способности.
Наиболее чувствительными к воздействию пожара являются изгибаемые железобетонные конструкции: плиты, балки, ригели, прогоны. Их предел огнестойкости в условиях стандартных испытаний обычно находится в пределах R45-R90. Столь малое значение пределов огнестойкости изгибаемых элементов объясняется тем, что рабочая арматура растянутой зоны этих конструкций, которая вносит основной вклад в их несущую способность, защищена от пожара лишь тонким защитным слоем бетона. Это и определяет быстроту прогрева рабочей арматуры конструкции до критической температуры.
Данные о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций приведены в таблицах:
Таблица 1. Пределы огнестойкости свободно опертых плит.
| Вид бетона и характеристика плит | Минимальные толщина плиты (t) и расстояние до оси арматуры (a), мм | Пределы огнестойкости, мин. | |||||||
| 15 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | |||
| Тяжелый | толщина плиты | t | 30 | 50 | 80 | 100 | 120 | 140 | 155 |
| опирание по двум сторонам или по контуру | |||||||||
| Вид бетона и характеристика плит | Минимальные толщина плиты (t) и расстояние до оси арматуры (a), мм | Пределы огнестойкости, мин. | |||||||
| 15 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | |||
| Легкий(γв = 1,2т/м 3 ) | толщина плиты | t | 30 | 40 | 60 | 75 | 90 | 105 | 120 |
| опирание по двум сторонам или по контуру при | |||||||||
Примечания:
1) Минимальная толщина плиты t обеспечивает значение предела огнестойкости по признаку “I” , а расстояние до оси арматуры – значение предела огнестойкости по признаку “R”.
2) Пределы огнестойкости многопустотных и ребристых с ребрами вверх панелей и
настилов следует принимать по таблице 1, умножая их на коэффициент 0,9.
3) Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5, и на 50%, если это отношение равно 1,0.
4) Эффективная толщина многопустотной плиты для оценки предела огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площади пустот, на ее ширину.
Таблица 2. Пределы огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с 3-х сторон.
Пособие по определению пределов огнестойкости строительных конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (утверждено приказом ЦНИИСК 351/л от 19.12.1984 с изменениями 2016 года)
Внимание ! К сожалению не удалось загрузить документ для просмотра
Попробуйте обновить страницу или (нажмите F5)
Возможно формат файла не поддерживается.
Материал доступен по кнопке скачать!
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ,
ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОГНЯ ПО КОНСТРУКЦИЯМ
И ГРУПП ВОЗГОРАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ
(утверждено приказом ЦНИИСК от 19.12.1984 N 351/л с изменениями 2016 года)
2.21. Предел огнестойкости железобетонных конструкций зависит от их статической схемы работы. Предел огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем предел огнестойкости статически определимых, если в местах действия отрицательных моментов имеется необходимая арматура. Увеличение предела огнестойкости статически неопределимых изгибаемых железобетонных элементов зависит от соотношения площадей сечения арматуры над опорой и в пролете согласно табл.1.
Увеличение предела огнестойкости изгибаемого статически неопределимого элемента, %, по сравнению с пределом огнестойкости статически определимого элемента
Примечание. Для промежуточных отношений площадей увеличение предела огнестойкости принимается по интерполяции.
Влияние статической неопределимости конструкций на предел огнестойкости учитывается при соблюдении следующих требований:
а) не менее 20% требуемой на опоре верхней арматуры должно проходить над серединой пролета;
б) верхняя арматура над крайними опорами неразрезной системы должна заводиться на расстояние не менее 0,4 в сторону пролета от опоры и затем постепенно обрываться ( - длина пролета);
в) вся верхняя арматура над промежуточными опорами должна продолжаться к пролету не менее чем на 0,15 и затем постепенно обрываться.
Изгибаемые элементы, заделанные на опорах, могут рассматриваться как неразрезные системы.
2.22. В табл.2 приведены требования к железобетонным колоннам из тяжелого и из легкого бетона. Они включают требования по размерам колонн, подвергаемых воздействию огня со всех сторон, а также находящихся в стенах и нагреваемых с одной стороны. При этом размер относится только к колоннам, нагреваемая поверхность которых находится на одном уровне со стеной, или для части колонны, выступающей из стены и несущей нагрузку. Предполагается, что в стене отсутствуют отверстия вблизи колонны в направлении минимального размера .
Для колонн сплошного круглого сечения в качестве размера следует принимать их диаметр.
Колонны с параметрами, приведенными в табл.2, имеют внецентренно приложенную нагрузку или нагрузку со случайным эксцентриситетом при армировании колонн не более 3% от поперечного сечения бетона, за исключением стыков.
Предел огнестойкости железобетонных колонн с дополнительным армированием в виде сварных поперечных сеток, установленных с шагом не более 250 мм следует принимать по табл.2, умножая их на коэффициент 1,5.
2.23. Предел огнестойкости ненесущих бетонных и железобетонных перегородок приведены в табл.3. Минимальная толщина перегородок гарантирует, что температура на необогреваемой поверхности бетонного элемента в среднем повысится не более чем на 160 °С и не превысит 220 °С при стандартном испытании на огнестойкость. При определении следует учитывать дополнительные защитные покрытия и штукатурки согласно указаниям пп.2.15 и 2.16.
0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3
2.24. Для несущих сплошных стен предел огнестойкости, толщина стены приведены в табл.4. Эти данные применимы к железобетонным центрально- и внецентренносжатым стенам при условии расположения суммарной силы в средней трети ширины поперечного сечения стены. При этом отношение высоты стены к ее толщине не должно превышать 20. Для стеновых панелей с платформенным опиранием при толщинах не менее 14 см пределы огнестойкости следует принимать по табл.4, умножая их на коэффициент 1,5.
до оси арматуры Минимальные размеры железобетонных стен, мм, с пределами огнестойкости, ч
10 15 20 30 30 30
Огнестойкость ребристых стеновых плит должна определяться по толщине плит. Ребра должны быть связаны с плитой хомутами. Минимальные размеры ребер и расстояния до осей арматуры в ребрах должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к балкам и приведенным в табл.6 и 7.
Наружные стены из двухслойных панелей, состоящих из ограждающего слоя толщиной не менее 24 см из крупнопористого керамзитобетона класса В2-В2,5 (=0,6-0,9 т/м) и несущего слоя толщиной не менее 10 см, с напряжениями сжатия в нем не более 5 МПа, имеют предел огнестойкости 3,6 ч.
При применении в стеновых панелях или перекрытиях сгораемого утеплителя следует предусмотреть при изготовлении, установке или монтаже защиту этого утеплителя по периметру несгораемым материалом.
Стены из трехслойных панелей, состоящие из двух ребристых железобетонных плит и утеплителя, из несгораемых или трудносгораемых минераловатных или фибролитовых плит при общей толщине поперечного сечения 25 см, имеют предел огнестойкости не менее 3 ч.
Предел распространения огня по этим конструкциям равен нулю.
2.25. Для растянутых элементов пределы огнестойкости, ширина поперечного сечения и расстояние до оси арматуры приведены в табл.5. Эти данные относятся к растянутым элементам ферм и арок с ненапрягаемой и с преднапряженной арматурой, обогреваемым со всех сторон. Полная площадь поперечного сечения бетона элемента должна быть не менее , где - соответствующий размер для , приведенный в табл.5.
Минимальная ширина поперечного сечения и расстояние до оси арматуры Минимальные размеры железобетонных растянутых элементов, мм, с пределами огнестойкости, ч
Читайте также: