О поведении различных конструкций при огневом воздействии

Сообщение главного специалиста отдела нормирования и стандартизации НИИПБ и ЧС МЧС Беларуси Дмитрия Груши

"Применение Пособия "Пределы огнестойкости строительных конструкций" к СНБ 2.02.01-98* при проектировании зданий и сооружений", сделанное им на республиканском семинаре "Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций и зданий"

Общие положения

Пособие "Пределы огнестойкости строительных конструкций" (далее – Пособие)разработано в развитие СНБ 2.02.01-98* "Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов".

При разработке Пособия преследовались следующие цели и задачи: создание информационно-справочного нормативного документа в развитие СНБ 2.02.01 в части регламентации требований к огнестойкости строительных конструкций, гармонизация требований с действующими нормативными документами, систематизация справочных данных по пределам огнестойкости строительных конструкций, выработка основных положений, используемых при расчетах пределов огнестойкости строительных конструкций, систематизация и учет новых строительных конструкций, в том числе испытанных в Республике Беларусь и Российской Федерации.

В настоящем Пособии содержатся справочные данные о пределах огнестойкости строительных конструкций из железобетона, металла, древесины, асбестоцемента, пластмасс и других строительных материалов.

Пособие предназначено в первую очередь для использования специалистами проектных организаций при обосновании степеней огнестойкости зданий и сооружений и разработке новых видов строительных конструкций, а также работниками надзорных органов при проведении экспертизы проектов и обследовании зданий и сооружений.

В отличие от ныне действующего "Пособия по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов" в новом документе номенклатура конструкций значительно расширена путем включения сведений о современных материалах и новых способах огнезащиты.

Показатели предельных состояний по огнестойкости и обозначения пределов огнестойкости приведены в соответствие с действующими нормативными документами (пределы огнестойкости указаны в минутах, предельные состояния по огнестойкости — по ГОСТ 30247: R-потеря несущей способности, E-потеря целостности, I-потеря теплоизолирующей способности).

В пособии приведены основные положения методов расчета показателей, используемых при определении пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, стальных конструкций (сжатых, изгибаемых, растянутых, ферм, незащищенных стальных конструкций), а также деревянных конструкций. Ранее такая информация была приведена в большом количестве документов нормативного, информационного и справочного характера.

В пособие включены конструкции и изделия, прошедшие испытания в Центре метрологии и испытаний НИИПБ и ЧС и отвечающие предъявляемым требованиям по пределам огнестойкости. В частности, это следующие строительные конструкции.



Каркасная панель (позиция 13, приложение Д). Каркас выполнен из бруса хвойных пород древесины. С лицевой стороны каркас обшит двумя слоями гипсоволокнистых листов Knauf. Панель заполнена минераловатными плитами IsoverKT-11 (Финляндия) толщиной 183мм. С наружной стороны панели выполнена ветрозащита – 1 слой листов ГВЛВ. Е60 по потере целостности.



Перегородка толщиной 90мм из бетонных стеновых камней, выдержавшая предел огнестойкости EI45 (позиция 5, приложение А).







Коробка противопожарного стального окна изготавливается из гнутого профиля. Светопрозрачное заполнение представляет собой огнестойкий стеклопакет. Предел огнестойкости — EI15 ((позиция 5, приложение Д).







Полотно специальной стальной глухой противопожарной двери заполнено вермикулитовыми теплоизоляционными несгораемыми плитами, уплотнитель в притворе двери — термоуплотнительная лента. Предел огнестойкости — EI60 (позиция 60,приложение Д).





Предел огнестойкости внутренней стеновой панелиПГ49.15.2Т, изготавливаемой по серии 1.030.9-2, — EI30 (позиция 22, приложение Ж).















Железобетонные многопустотные плиты перекрытий, изготавливаемые по серии 1.041.1-3 с круглыми пустотами диаметром 159мм, имеют предел огнестойкости REI60 (позиция 11, приложение Ж).







Перегородка типа BUW" толщиной 80мм производство "BUDIMPEKS" (Польша).

Перегородка типа Budimpeks W производства "Budimpeks" (Польша) состоит из теплоизоляционных панелей типа "сэндвич". Конструкция включает профилированный оцинкованный стальной лист толщиной 0,55 мм, покрытый снаружи слоем полиэфирного лака толщиной 25мкм (1), и минеральную вату плотностью 115-117 кг/м3, с поперечным ориентированием волокон производства фирмы "Polychem System" (Польша) (2). Предел огнестойкости — EI45 (позиция 32, приложение Д).



Практическое применение "Справочного пособия по пределам огнестойкости строительных конструкций" при проектировании зданий и сооружений

Строительные конструкции, рассчитанные по всем правилам строительной механики на эксплуатацию в течение длительного времени, при пожаре могут разрушаться за считанные минуты.

Одним из условий огнестойкости строительных конструкций является сохранение ими несущих и ограждающих функций во время пожара. Для оценки огнестойкости используют экспериментальные и расчетные методы. Экспериментальные методы основаны на проведении испытаний образцов конструкций в огневых печах при стандартном температурном режиме. Расчетные методы — на математическом моделировании теплового и прочностных состояний строительных конструкций при стандартном температурном воздействии или в условиях реального распределения пожарной нагрузки в помещениях с учетом реальной конструктивной компоновки здания. Применение расчетных методов для оценки огнестойкости конструкций в настоящее время весьма ограничено. Основная причина – отсутствие надежных методов определения теплофизических и механических характеристик материалов строительных конструкций в диапазоне температур пожара.

На стадии проектирования зданий и сооружений одним из первоочередных критериев обеспечения безопасности людей должен считаться критерий обеспечения безопасности людей при пожарах. То есть необходимо создать внутреннюю среду, в которой человек при возникновении пожара будет максимально защищен от воздействия его опасных факторов по ГОСТ12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования". Как известно, опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются пламя и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и термического разложения, дым, пониженная концентрация кислорода.

Для защиты человека от пожарной опасности, возникающей во внутренней среде, должна быть предусмотрена система пожарной безопасности по ГОСТ12.1.004-91, включающая в себя целый комплекс воздействий на среду человека, направленных на предупреждение возникновения пожаров, борьбу с ними и предупреждение чрезвычайных ситуаций.

Одним из условий создания безопасной среды является обоснованный выбор строительных конструкций с пределами огнестойкости не ниже требуемых в соответствии с таблицей 4 СНБ2.02.01-98.

Степень огнестойкости здания

Предел огнестойкости и класс пожарной опасности строительных конструкций

Несущие элементы здания

Самоне-сущие стены

Наруж-ные не-несущие стены

Перекрытия междуэтаж-ные (в т.ч. чердачные и над подва-лами)

Элементы бесчердачных покрытий

Лестничные клетки

Настилы, в т.ч. с

утеплителем

Фермы, балки, прогоны

Внутренние стены

Марши и площадки лестниц

I

R 120-KO

RЕ 90-KO

E 60-KO

REI 90-KO

RE 30-КО

R 30-КО

REI 120-KO

R 60-KO

II

R 120-KO

RЕ 75-KO

E 30-КО

REI 60-KO

RE 30-КО

R 30-КО

REI 120-KO

R 60-KO

III

R 90-KO

RЕ 60-KO

E 30-КО

REI 60-KO

RE 30-КО

R 30-КО

REI 105-KO

R 45-KO

IV

R 60-KO

RЕ 45-KO

E 30-K1

REI 45-KO

RE 15-K1

R 15-K1

REI 90-KO

R 45-KO

V

R 45-K1

RЕ 30-K1

E15 K2

REI 45-K1

RE 15-K1

R 15-K1

REI 60-KO

R 45-KO

VI

R 30-K2

RЕ 15-K2

E15 -K2

REI 30-K2

RE15-K2

R15-K2

REI 45-KO

R 30-K1

VII

R 15-K3

RЕ 15-K3

E 15-K3

REI 15-K3

RE 10-K3

R 10-K3

REI 30-K1

R 15-K2

VIII

H.H.-K3

H.H.-K3

H.H.-K3

H.H.-K3

H.H.-K3

H.H.-K3

Н.Н-K1

Н.Н-K2



Таблица 4 СНБ2.02.01-98 устанавливает требования к минимальным пределам огнестойкости несущих элементов здания — самонесущим стенам, наружным ненесущим стенам, междуэтажным перекрытиям, настилам, фермам, балкам, прогонам, внутренним стенам лестничных клеток, маршам и площадкам лестниц.

Большинство строительных конструкций, приведенных в Пособии, имеют широкую область применения, и для определения их пределов огнестойкости использовался стандартизованный метод испытаний.

Пределы огнестойкости строительных конструкций должны определяться по результатам огневых испытаний согласно ГОСТ30247.0 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования", ГОСТ30247.1 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции", ГОСТ30247.2. "Двери и ворота. Метод испытания на огнестойкость".

Пособиемдопускается определять пределы огнестойкости строительных конструкций расчетными методами, утвержденными в установленном порядке. Что имеется в виду?

Во-первых, при определении пределов огнестойкости расчетным путем нагрузки должны приниматься всоответствиис конкретнымпроектомздания илисооружения,вкоторомбудетприменятьсята или иная конструкция.

Во-вторых, тепловое воздействие на конструкцию определяется тепловым полем при реальном пожаре. Для контроля используется стандартная кривая.

В-третьих, расчет предела огнестойкости следует выполнять на основе теплового поля, наблюдаемого в конструкции.

В-четвертых, в расчете следует учитывать изменения механических и физических свойств материала, вызываемые высокой температурой.

Наконец, в-пятых в качестве начальных температур среды и конструкции принимают 20° С, если нет обоснования для другого значения температуры.

В зависимости от типа конструкции, а также условий ее эксплуатации проверке путем расчета подлежат несущая и теплоизолирующая способность конструкции. Для определения несущей способности конструкции считается достаточной также оценка по критическим температурам материалов конструкции, имеющим решающее значение для несущей способности.

Расчетный метод не распространяется на конструкции, у которых предполагается (на основе поведения аналогичных при испытаниях), что их огнестойкость характеризуется достижением критической плотности.

В тех случаях, когда нагрузки не заданы, а также для типовых конструкций (используемых в различных проектах), пределы их огнестойкости должны рассчитываться с учетом максимальной нормативной нагрузки.

При указании втехнической документациина конструкциюпределаогнестойкости, полученного расчетным путем,должно приводиться также значение нагрузки, для которой онопределен.

Для предварительной оценки пределов огнестойкости конструкций при их разработке и проектировании рекомендуется руководствоваться следующими положениями.

Что следует учитывать при оценке пределов огнестойкости по теплоизолирующей способности?

Во-первых, предел огнестойкости слоистых ограждающих конструкций равен или выше суммы пределов огнестойкости отдельно взятых слоев.Следовательно, увеличение числа слоев ограждающей конструкции(оштукатуривание,облицовка) повышает ее предел огнестойкости по теплоизолирующей способности.



  • Во-вторых, пределы огнестойкости ограждающих конструкций с воздушной прослойкой в среднем на 10% выше пределов огнестойкости тех же конструкций без воздушной прослойки. Эффективность же воздушной прослойки тем выше, чем больше она удалена от обогреваемой поверхности; при замкнутых воздушных прослойках их толщина не влияет на предел огнестойкости.




  • В-третьих, пределы огнестойкости ограждающих конструкций снесимметричным расположением слоев зависят от направленности теплового потока. С тойстороны, где вероятность возникновения пожара выше, рекомендуется располагать негорючие материалы с низкой теплопроводностью.


  • В–четвертых, увеличение влажности конструкций позволяет сделать вывод об уменьшении скорости прогрева и повышению огнестойкости. Вместе с тем следует учитывать те случаи, когда увеличение влажности увеличивает вероятность внезапного хрупкого разрушения материала или появления местных выколов (это характерно для бетонных иасбестоцементныхконструкций).
  • При оценке же пределов огнестойкости по несущей способности должны учитываться следующие показатели.

  • Во-первых, воздействие различных нагрузок на конструкции. Так, с увеличением нагрузки предел огнестойкости нагруженных конструкций уменьшается. В данном случае величина предела огнестойкости конструкций должна определяться, как правило, в наиболее напряженном сечении, подверженном воздействию пламени и высоких температур.
  • В то же время предел огнестойкости конструкции тем выше, чем больше значение приведенной толщины конструкции (отношение площади сечения конструкции к ее обогреваемому периметру).
  • В-третьих, при определении предела огнестойкости статически неопределимых конструкций следует учитывать, что их предел огнестойкости, как правило, выше предела огнестойкости аналогичных статически определимых конструкций за счет перераспределения усилийна менеенапряженные и нагреваемые с меньшей скоростью элементы. Приэтом также необходимо учитывать влияние дополнительных усилий, возникающих вследствие температурных деформаций.
  • В-четвертых, если говорить о горючих материалах, из которых выполнена конструкция, то нужно сказать, что горючесть не определяет предела огнестойкости конструкции. В то же время следует учитывать, что применение материалов групп горючести Г3 или Г4 вместо НГ или Г1 может понизить предел огнестойкости конструкции, если скорость их выгорания будет выше скорости прогревания.
  • С учетом изложенного сам собой напрашивается вывод о том, что необходимо располагать достаточными сведениями (результатами испытаний) о фактических пределах огнестойкости конструкций, аналогичных рассматриваемым по форме, использованным материалам и конструктивному исполнению, а также сведениями об основных закономерностях их поведения при пожаре или огневых испытаниях.

    Эта задача и должна решаться с помощью Пособия, которое включает сведения по пределам огнестойкости отдельных строительных конструкций и элементов, полученных в результате проведения огневых испытаний. Эти сведения приведены в разделе 4 и приложениях А–Ж Пособия.

    Структура документа выглядит следующим образом:



    1.Область применения

    2.Общие положения

    3.Нормативные ссылки

    4.Бетонные и железобетонные конструкции

    5.Стальные конструкции

    5.1.Общие требования

    5.2.Сжатые конструкции

    5.3.Изгибаемые конструкции

    5.4.Растянутые конструкции

    5.5.Фермы

    5.6.Незащищенные конструкции

    6.Деревянные конструкции

    Приложение А

    Каменные конструкции

    Приложение Б

    Стальные конструкции

    Приложение В

    Деревянные конструкции

    Приложение Г

    Покрытия и перекрытия с подвесными потолками

    Приложение Д

    Ограждающие конструкции с применением металла, древесины, асбестоцемента, пластмасс и других эффективных материалов

    Приложение Ж

    Железобетонные конструкции

    Приложение К

    Основные термины и определения





    Вниманию читателей предлагаются некоторые пояснения по отдельным приложениям.

    Так, например в ПриложенииА "Каменные конструкции" в графе 6 "Предельное состояние по огнестойкости по ГОСТ 30247" указано, что предел огнестойкости некоторых стен и перегородок определен по потере теплоизолирующей способности, а не по потере несущей способности. В данном случае следует считать, что предельное состояние этих конструкций по потере несущей способности наступает не раньше, чем предельное состояние по потере теплоизолирующей способности.

    Приложение А. КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ



    п/п

    Краткая характеристика

    конструкции

    Схема (сечение)

    Конструкции

    (размеры указаны в мм)

    Размеры, мм

    Предел

    огнестойкости, мин

    Предельное состояние по огнестойкости по
    ГОСТ 30247

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Стены и перегородки из сплошных и пустотелых керамических и силикатных кирпича и камней по ГОСТ379, ГОСТ7484,
    ГОСТ530.

    a = 65

    a = 120

    a ³ 250

    45

    150

    ³ 330

    I

    I

    I

    Стены из естественных, легкобетонных и гипсовых камней, облегченных кирпичных кладок с заполнением легким бетоном, несгораемыми или трудносгораемыми теплоизоляционными материалами.

    a = 60

    a = 120

    a ³ 250

    30

    90

    ³ 240

    I

    I

    I

    В ПриложенииГ "Покрытия и перекрытия с подвесными потолками" пределы огнестойкости конструкций, имеющих подвесные потолки, должны определяться как для единой конструкции.

    В ПриложенииД "Ограждающие конструкции с применением металла,древесины, асбестоцемента, пластмасс и других эффективных материалов" при установлении пределов огнестойкости наружных стенизнавесных панелей следует учитывать, что их предельное состояние по огнестойкости может наступить не только вследствие наступления предельного состояния по огнестойкости самих панелей, но и вследствие потери несущей способности конструкций, к которым крепятся панели — ригелей, элементов фахверка, перекрытий.

    Если навесные панели стен крепятся к другим конструкциям, в том числе к металлическим конструкциям согнезащитой,и узлы крепления защищены от воздействия огня, то предел огнестойкости таких стен должен быть установлен экспериментально.

    Конечная цель разработки Пособия заключается в помощи проектным и строительным организациям, а также органам государственного пожарного надзора с целью сокращения затрат времени, труда и материалов на установление пределов огнестойкости строительных конструкций, нормируемых СНБ2.02.01-98*.

    Необходимо коснуться и методики соответствия применения строительных конструкций требованиям пожарной безопасности в по СНБ 2.02.01. Вот основные пункты этой методики.

    Во-первых, по действующим национальным нормам проектирования устанавливают требуемую степень огнестойкости здания в зависимости от назначения, площади, этажности здания, категории по взрывопожарной опасности и прочих факторов.

    Во-вторых, на основании требуемой степени огнестойкости здания определяют требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций и допускаемые пределы распространения огня по этим конструкциям. В ряде случаев требуемые пределы распространения огня уточняют по соответствующим главам специализированных или отраслевых СНиП, а также других нормативных документов.

    В-третьих, исходя из характеристики конструктивных элементов здания (толщина, размеры поперечного сечения, толщина защитного слоя бетона, класс арматуры и др.) согласно Пособию по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов находят фактические пределы огнестойкости конструкций и фактические пределы распространения огня по конструкциям.

    Наконец, в-четвертых, фактические пределы огнестойкости строительных конструкций сравнивают с требуемыми пределами огнестойкости, а фактические пределы распространения огня по конструкциям с допустимыми пределами распространения огня, после чего делают вывод о соответствии строительных конструкций требованиям пожарной безопасности.

    При экспертизе строительной части проекта в первую очередь проверяют основные несущие строительные конструкции (стены, колонны, перекрытия, перегородки, покрытия, несущие элементы лестниц), а затем второстепенные (двери, окна, подвесные потолки).

    Результаты проверки соответствия строительных конструкций требованиям пожарной безопасности следует обязательно сводить в таблицу.

    Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ



    Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 30 за 2001 год в рубрике выставки

    ©1995-2022 Строительство и недвижимость