Основы расчета пределов огнестойкости деревянных конструкций

При пожаре несущая способность деревянных конструк­ций (ДК) снижается за счет уменьшения их размеров сече­ния в результате обугливания древесины и снижения ее прочности в необугленной части элемента. При температу­ре древесины выше 230°-280°С она полностью теряет свою прочность. Расчет пределов огнестойкости деревянных конструкций основан на следующих допущениях: нагрев конструкций происходит по режиму "стандартного пожара", древесина после ее воспламенения обугливается с постоян­ной скоростью; температура в различных точках необуглившегося сечения элемента принимается равной 80°С; проч­ностные и упругие характеристики древесины во всех точ­ках необуглившейся части сечения принимаются одинаковы­ми.

Прочность древесины при t ≈ 80°С нормируется рас­четными сопротивлениями R_f для определения пределов огнестойкости ДК, значения которых приведены в таб.1.

Уменьшение сечения элементов в результате обугли­вания древесины приводит к увеличению напряжений σf от действия нормативных нагрузок qn. При достижении этими напряжениями величины расчетного сопротивления R_f нас­тупает предельное состояние деревянного элемента конст­рукций в условиях пожара. При этом сечение древесины, способное воспринимать усилия от нормативных нагрузок, называется критическим, а глубина обугливания Z_cr - пре­дельной.

Таблица 1. Расчетные сопротивления R_f для определения пределов огнестойкости ДК

Фактический предел огнестойкости деревянного эле­мента из условия его прочности равен: П_ф = τ₀ + τ_сr, (14)

где τ₀ - время от начала воздействия на древесину тем­пературы при пожаре до ее воспламенения;

τ_сr - время от начала воспламенения древесины до наступления предельно­го состояния.

Для древесины с влажностью W=12% значение τ0

принимается равным по таблице 2.1, а значение времени τ_сr равно:

, (15)

где - скорость обугливания древесины, значения которой даны в табл. 2.2.

Таблица 2.1 Значение времени до начала обугливания древесины

Таблица 2.2. Скорость обугливания древесины

Таким образом, для определения П_ф необходимо знать предельную глубину обугливания Z_cr. Для расчета Z_cr - ис­пользуется равенство, определяющее предельное состояние элемента деревянной конструкции при пожаре:

σ_f = R_f, (16)

Напряжение σf при пожаре зависит от изменения гео­метрических характеристик (A; W; J; i) конструкции. Эти изменения геометрических характеристик выражаются через коэффициент η, значения которого представляют­ся в следующем виде:

η_А = А_f/A;

η_W =W_f/W;

η_J =J_f/J;

η_i =i_f/i и т.д.,

где А_f; W_f; J_f; i_f - геометрические характеристики сечения при пожаре.

Согласно ре­комендациям ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко [4] значения коэффициента η представлены в виде функции:

η=f(h/b; Z_cr /h), где b≤h и Z_cr ≤ 0,25b.

Зависи­мость коэффициента η=f(h/b; Z_cr /h) для геометриче­ских характеристик A, W, J при трех-и четырехсто­роннем обогреве показаны в приложениях 7 и 8. Семейст­во кривых на графиках ограничено штрихпунктирной лини­ей. Если точки пересечения параметров η; h/b и Z_cr /h находятся ниже штрихпунктирной линии значение Z_cr при­нимается равным 0,25 b.

Значение Z_cr в зависимости от напряженного состояния деревянных элементов при пожаре определяются следующим образом.