Основные направления исследований в области разработки методов оценки огнестойкости зданий с учетом совместной работы строительных конструкций

В соответствии с противопожарными требованиями действующих в Российской Федерации нормативных документов - нормируют пределы огнестойкости строительных конструкций (огнезащитную эффективность, как лишь сравнительный показатель средств огнезащиты - п. 3 НПБ 236-97 [6] не нормируют). В табл. 4* СНиП 21-01-97* [13] приведены нормативные требования к пределам огнестойкости для строительной конструкции требуемых степеней огнестойкости (последние предварительно определяют по отраслевым либо специализированным главам СНиП – в зависимости от назначения здания).

Результат огневых испытаний огнезащитного средства для несущей металлической конструкции, приведенный в Сертификате пожарной безопасности, не являются фактическим пределом огнестойкости конструкции (см. п. 1 [6]), т. к. при этом испытанию должны подвергать стандартный образец (а не реальную конструкцию) из двутавра № 20 длиной 1,7 м; испытывают его в вертикальном положении, в ненагруженном состоянии – до момента прогрева огнезащитного слоя до условной -установленной методом экспертных оценок усреднённой критической температуры – 500 ⁰С. По результату такого испытания устанавливает лишь условную группу эффективности огнезащитного средства – при определенной толщине его высохшего слоя, нанесенного на стандартный образец конструкции, при стандартном значении – 3,4 мм приведенной толщины стального профиля этого образца (применительно к четырехстороннему обогреву его поперечного сечения) к эквивалентной расчетной толщине стальной пластины (иные значения этого параметра, встречающиеся в Сертификатах пожарной безопасности, являются по существу отступлением от нормативного требования п. – 6.3.2 [6]). При этом встречающиеся в Сертификатах пожарной безопасности записи о том, что огнезащитное средство соответствует требованиям пожарной безопасности, установленным в НПБ 236-97 [6], а также в ГОСТ 30247.0-94 [8] некорректны, поскольку ни НПБ [6] ни ГОСТ [8] требования к пожарной безопасности огнезащитных средств не устанавливают (огнезащитные средства по определению должны быть пожаробезопасны), а регламентируют следующее: НПБ [6] - метод определения группы эффективности огнезащитного средства, а ГОСТ [8] - метод испытания строительной конструкции на огнестойкость.

Т.е. величины толщины слоя огнезащитного покрытия, которые приведены в Сертификатах пожарной безопасности и таблицах, разработанных на их основе - применительно к стандартным нормативным временным интервалам (30, 45, 60, 90, 120 мин) [8, 13], по существу являющимися всего лишь абстрактным критерием – так называемой «огнезащитной эффективностью» огнезащитного средства [6], и практически не имеют отношения к нормируемым пределам огнестойкости для реальных конструкций, поскольку основаны лишь на сравнительных условных лабораторных испытаниях огнезащитных средств - применительно к абстрактной величине критической температуры - 500 ⁰С. Однако на практике огнезащитную обработку стальных несущих конструкций преимущественно осуществляют по табличным величинам огнезащитного слоя. Это идет в ущерб пожарной безопасности и экономической эффективности (на практике получается, что на одни стальные конструкции наносят слой больше необходимой величины, на другие – более нагруженные – меньше необходимой толщины, а в итоге, поскольку в каркасе здания, как например в стальной стропильной ферме покрытия, все конструкции взаимосвязаны, и потеря несущей способности наиболее «слабой» конструкции при пожаре приведёт к мгновенному перераспределению усилий на соседние конструкции, их перегрузке и преждевременному обрушению всего здания). По существу же табличные величины толщины огнезащитного слоя можно использовать лишь для сравнительной оценки огнезащитных средств при их выборе, а в проектах огнезащиты строительных конструкций конкретного здания следует указывать требуемые величины слоев огнезащитного средства, специально рассчитанных для каждой конкретной конструкции, с учетом требуемого для неё предела огнестойкости (об этом уже давно было указано в письмах Главного управления противопожарной службы Российской Федерации [9, 15].

Величина критической температуры прогрева реальных стальных строительных конструкций при стандартном испытании на огнестойкость [4] может колебаться в широких пределах, которые зависят от многих факторов [3, 5, 9, 10, 11, 12, 14, 15-18], основные из которых: величина нормативной (рабочей) нагрузки на конструкцию, характер ее приложения, марка (предел текучести) стали, площадь поперечного сечения конструкции, величина статического момента сопротивления изгибу профиля конструкции (для изгибаемых конструкций).

Фактические пределы огнестойкости, в частности, несущих стальных строительных конструкций (в том числе и стальных с огнезащитой), как интервал времени от начала стандартного испытания строительной конструкции на огнестойкость (в состоянии, нагруженном нормативной нагрузкой) по ГОСТ [4, 8] до наступления первого предельного состояния конструкции по огнестойкости – R (потеря несущей способности в виде обрушения, либо деформации, превышающей допустимую) определяют путем проведения стандартных испытаний конструкций на огнестойкость по ГОСТ [4, 8]; при этом п. 11 ГОСТ [8] и п. 5.20* СНиП [13] допускают в отдельных случаях определять фактические пределы огнестойкости конструкций с применением расчетных методов – без проведения натурных огневых испытаний.

О разрешении применения расчетных методов для оценки параметров огнестойкости конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями, разработанными организациями, имеющими лицензию на проведение работ по огнезащите, говорилось в письмах Главного управления государственной противопожарной службы Российской Федерации [9, 15].

Согласно п. 8.2. ГОСТ [4] для стержневых несущих конструкций при испытаниях на огнестойкость фактический предел огнестойкости следует оценивать по времени наступления одного предельного состояния их по огнестойкости - потери несущей способности (R – в обозначении ГОСТ 30247.0-94 [8]).

ПОВЕДЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

Факторы, действующие на конструкции в условиях пожара

Однако при пожарах возникают дополнительные нагрузки и воздействия, которые во многих случаях приводят к разрушению отдельных конструкций и зданий в целом.

К неблагоприятным факторам, действующим на конструкции при пожаре, относятся: высокая температура, давление газов и продуктов горения, динамические нагрузки от падающих обломков обрушившихся элементов здания и пролитой воды, резкие колебания температур.

Температура среды на пожарах зависит от физико-химических свойств и количества пожарной нагрузки, степени вентиляции помещений и прочих факторов.

Реальные температурные режимы при пожарах в производственных, складских и общественных зданиях, подвальных помещениях могут значительно отличаться от стандартного.

При пожарах в большинстве случаев давления газовой среды незначительны.

Под огнестойкостью строительных конструкций понимается их способность сохранять в условиях пожара несущие или ограждающие функции и сопротивляться распространению огня.

Предел огнестойкости строительной конструкции — это время в часах ог начала пожара (огневого испытания) до появления признаков наступления пределов огнестойкости.

Потеря ограждающей способности и потеря плотности учитываются только при оценке огнестойкости внутренних ограждающих конструкций, так как в этом случае имеется потенциальная опасность распространения пожара в смежные помещения.

Железобетонные и каменные конструкции в условиях пожара.

Благодаря своей массивности и хорошим теплофизи-ческим показателям каменные и железобетонные конструкции хорошо сопротивляются действию огня в условиях пожара.

При пожаре конструкции из глиняного кирпича в течение нескольких часов выдерживают нагревание до 700—900 °С, практически не снижая своей прочности и не обнаруживая признаков разрушения.

Причины наступления пределов огнестойюсти железобетонных конструкций во многом определяются характером их работы в условиях пожара.

Элементы таких конструкций в условиях пожара работают на сжатие с изгибом, и конструкция из центрально-сжатой может превратиться во Енецентрен-но-сжатую с увеличивающимся во времени эьсцентриси

Огнестойкость железобетонных изгибаемых элементов в большинстве случаев наступает в результате потери несущей способности (обрушения) при снижении прочностных характеристик арматуры и бетона в условиях пожара.

В условиях пожара последовательно прогреваются защитный бетонный слой и рабочая арматура.

Схемы обгорева железобетонных конструкций в условиях пожара а — балки; б — плиты сплошного сечения; в — многопустотной плиты; г — ребристой плиты ребрами вниз; д — ребристой плиты ребрами вверх ве до критической температуры в середине пролета появляется так называемый «пластический шарнир», что связано со значительным раскрытием трещин в растянутой зоне плиты, появлением необратимых деформаций (необратимый прогиб) и полным разрушением железобетонного элемента.

На время прогрева рабочей арматуры до критической температуры влияют также условия нагрева конструкции при пожаре (рис.

Несколько по-иному ведут себя в условиях пожара защемленные (замоноличенные) железобетонные плиты и балки.

Это объясняется тем, что в условиях пожара они в результате деформации превращаются в пространственные конструкции с изменением статической схемы работы.

К конструктивным решениям относятся: увеличение сечения конструктивных элементов; увеличение толщины защитного слоя бетона; снижение нагрузок на несущие конструкции; изменение условий обогрева конструкции в условиях пожара; изменение схемы опирания и работы конструкции.

Металлические конструкции в условиях пожара из-за значительной теплопроводности и малой теплоемкости быстро прогреваются до критических температур, что вызывает их обрушение.

Особенно неблагоприятные условия работы для металлических конструкций при пожаре создаются "огда, когда они находятся в сочетании с горючими материалами.

Невысокая температура воспламенения древесины (280—300 °С, а при длительном нагрз-ве—130 °С) приводит к загоранию конструктивных элементов даже при незначительном очаге пожара.

Клееные деревянные балки и колонны, благодаря достаточному сечению и небольшой скорости переуглива-ния, при пожаре могут длительное время не терять несущую способность.

При пожаре металлические элементы в течение 15—20 мин прогреваются до критической температуры, что приводит к обрушению конструкции.

Сравнительная характеристика факторов, воздействующих на строительные конструкции в нормальных условиях эксплуатации зданий и условиях пожара.

От каких факторов зависит поведение железобетонных и каменных конструкций в условиях пожара?

Как ведут себя в условиях пожара различные деревянные конструкции?

Пожаро- и взрывопожароопасность здания и помещения характеризуются совокупностью условий, способствующих возникновению и развитию пожара или взрыва и определяющих возможные их масштабы и последствия.

Особенно разнообразны количественные и качественные показатели опасности пожара в производственных зданиях и помещениях (табл.

Способность здания в целом сопротивляться разрушению в условиях пожара характеризуется степенью огнестойкости.

Вместе с тем она должна обеспечивать нормальные действия пожарных подразделений по тушению пожара и ограничение распространения пожара и взрыва между зданиями и сооружениями.