Огнестойкость строительных конструкций

        Для строительных конструкций, а также зданий или сооружений важным фактором является огнестойкость. Огнестойкость — это способность строительных конструкций сохранять свои рабочие функции под действием высоких температур пожара. Огнестойкость зданий и сооружений делят на пять степеней, которым должны соответствовать пределы огнестойкости строительных конструкций и пределы распространения огня по ним. В соответствии со степенью огнестойкости и категорией пожарной опасности производства определяют этажность здания.
   Для жилых зданий количество этажей и допустимая площадь застройки находятся в зависимости от степени огнестойкости. Для промышленных зданий для определения допустимой этажности проводят вначале оценку взрывопожарной опасности производства (категорию пожарной опасности).
   Огнестойкость строительных конструкций характеризуется пределом огнестойкости П. Под пределом огнестойкости понимают время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность. Потеря несущей способности означает обрушение строительной конструкции при пожаре. Потеря ограждающей способности означает прогрев конструкции при пожаре до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение веществ, находящихся в смежных помещениях, или образование в конструкции трещин, через которые могут проникать в соседние помещения продукты горения.
   Различают фактический и требуемый предел огнестойкости. Требуемая огнестойкость — тот минимальный предел огнестойкости Лтр, которым должна обладать соответствующая строительная конструкция, чтобы удовлетворить требованиям пожарной безопасности. Значения требуемых пределов огнестойкости определяют опытным путем. Фактический предел огнестойкости Пф запроектированных или уже функционирующих конструкций определяют расчетным путем. Расчет зависит от того, по какому из названных выше признаков определяют предел огнестойкости.

Огнестойкость строительных конструкций
Рис. 1. Пример определения предела огнестойкости

   По признаку прогрева конструкции предел огнестойкости находят путем теплотехнического расчета. При этом определяют изменение температуры по сечению конструкции в процессе ее нагревания по стандартному температурному режиму. В этом случае изменение температуры строительной конструкции

Огнестойкость строительных конструкций

   где t — средняя температура нагревания, °С; τ — время нагрева.
   По признаку потери несущей способности расчет предела огнестойкости состоит из двух частей: теплотехнической и статической. Теплотехническим расчетом определяют изменение температуры конструкции, а статическим несущую способность (прочность) нагретой конструкции. После выполнения статического расчета строят график снижения несущей способности во времени. По этому графику определяют предел огнестойкости. Он наступит, когда несущая способность уменьшится до значения рабочей нагрузки:

Огнестойкость строительных конструкций

   где Mp,t(Np,t) — несущая способность конструкции; Мн(Nн) — изгибающий момент или предельное усилие от рабочей нагрузки.
   Теплотехнический расчет конструкций проводится на основе уравнения теплопроводности Фурье, которое характеризует изменение температуры в твердом теле во времени и пространстве. Для потока теплоты, вызывающей изменение температуры только в одном направлении по сечению конструкции (у), это уравнение имеет вид

Огнестойкость строительных конструкций

   где а — коэффициент температуропроводности; τ — время.
   Для плоских и изгибаемых железобетонных конструкций, обогреваемых с одной стороны, это уравнение имеет вид

Огнестойкость строительных конструкций

   а для конструкций, обогреваемых по всей боковой поверхности колонны,

Огнестойкость строительных конструкций

   где tн — начальная температура; erfx — функция ошибок Гаусса; θ — относительная избыточная температура.
   Обе эти формулы для определения ty справедливы при времени горения τ≤4, т. е. пригодны для расчета пределов огнестойкости любой величины, требуемой нормами.
   При статическом расчете определяют величину критической температуры арматуры или предельного сокращения сечения бетона, при которых возникает предельное состояние конструкции.
   Условия пожарной безопасности будут соблюдены, если

Огнестойкость строительных конструкций

   где Птр — требуемый предел огнестойкости;

Огнестойкость строительных конструкций

   где К — коэффициент огнестойкости, зависящий от типа конструкции и степени огнестойкости; Т — продолжительность пожара, ч;

Огнестойкость строительных конструкций

   где Qн —теплота сгорания; S — удельная загрузка пола помещения; q — удельная теплота пожара, которая зависит от скорости выгорания и полноты сгорания;

Огнестойкость строительных конструкций

   где z — коэффициент неполноты сгорания (для твердых горючих веществ z=0,95...0,99); n — скорость горения вещества, представляющая собой потерю массы горючего вещества в единицу времени с единицы площади, кг/(м2·ч).
   Продолжительность пожара

Огнестойкость строительных конструкций

   Следовательно, продолжительность пожара зависит от загрузки цола помещения, скорости выгорания горючих веществ и полноты их сгорания. Кроме того, на продолжительность пожара в помещении влияют условия поступления воздуха в зону горения. Это влияние учитывает коэффициент

Огнестойкость строительных конструкций

   где Ап — площадь пола в помещении, м2; Аок — площадь оконных проемов, м2.
   Коэффициент β вводят в расчет в случае, когда он находится в пределах 4... 12. При меньшем значении р в помещении недостаточно воздуха и время горения увеличивается.
   Если в помещении находятся разные горючие вещества, то продолжительность пожара определяют по веществу с большей нагрузкой пола. Пределы огнестойкости строительных конструкций не всегда удовлетворяют требованиям безопасности, вследствие чего предел огнестойкости стремятся повышать.
   Поведение железобетонных конструкций при действии высоких температур различно для разных типов конструкций. Предел огнестойкости центрально сжатых железобетонных колонн с гибкой арматурой зависит отсечения колонн, теплотехнических показателей материала колонн, коэффициента изменения прочности бетона при действии высоких температур. Поэтому при необходимости увеличения пределов огнестойкости колонн рекомендуют увеличение сечения, выбор бетона с меньшим коэффициентом температуропроводности, снижение нагрузки на колонну, выбор бетона с более высокой критической температурой, что достигается подбором вяжущих веществ и соответствующих заполнителей для бетонов или применением жаростойких бетонов.
   Повышение пределов огнестойкости свободно опертых плит и балок может быть достигнуто путем увеличе пия толщины защитного слоя бетона, снижения его температуропроводности, нанесения штукатурок или облицовок из малотеплопроводных материалов, уменьшения нагрузки и выбора арматуры с более высокой критической температурой.
   Опыты и наблюдения на пожарах показали, что огнестойкость стальных несущих конструкций незначительна, они в основном под действием высоких температур теряют устойчивость. Предел огнестойкости металлических конструкций ограничивается несколькими минутами и зависит от их сечения и температуры пожара. Особенно неблагоприятные условия работы для металлических конструкций при пожаре создаются в тех случаях, когда они находятся в сочетании с горючими материалами, например деревянные прогоны и обрешетки, горючая кровля, заполнение перекрытий горючими материалами. Такое сочетание вызывает быстрое распространение пожара на значительной площади.
   Увеличение огнестойкости металлических конструкций осуществляют с помощью технических и проектных решений. К техническим решениям, замедляющим нагрев конструкций до критических температур, относят применение штукатурки, облицовки вспучивающихся красок. Использование вспучивающихся красок очень выгодно. Окраска слоем 2,5...3 мм по огнезащитному эффекту равноценна штукатурке или облицовочным плитам толщиной 2,5...3 см.
   В качестве строительного материала широко применяется древесина. Чтобы предотвратить ее воспламенение, необходимы защитные меры. Древесина, предварительно обработанная защитными средствами, подвергаясь действию огня, будет разлагаться, но ие воспламеняется. Вследствие этого горение открытым пламенем не будет возникать и распространяться от действия внешнего источника огня. Кроме общеизвестной и широко применяемой для строительных деревянных конструкций облицовки (штукатурки) обработка древесины может осуществляться с помощью обмазки, окраски, пропитки и минерализации.
   Обработка древесины окраской состоит в том, что на поверхность древесины наносят плотный слой обмазки или краски, приготовленной из таких веществ, которые сами по себе не горят, достаточно долго не разрушаются в огне и малотеплопроводны.
   Обработка древесины пропитыванием огнезащитными веществами — антипиренами более эффективно защищает от загорания, чем окраска. Но этот способ огнезащитной обработки более дорог и трудоемок.
   Пластмассы и полимерные материалы, применяемые в строительстве, имеют очень малую огнестойкость. Уже при температуре 300°С они размягчаются и разлагаются.
   Продукты разложения и горения обладают токсическими свойствами.
   Наибольшее внимание уделяется огнезащите ненесущих (навесных) панелей с заполнителями из полимерных материалов.
Предыдущая





Полезная информация: Профессиональные лакокрасочные материалы для строительных конструкций и промышленности - здесь.