Классификация строительных конструкций по огнестойкости. Огнестойкость

Сталь является негорючим материалом, но, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур, возникающих внутри здания при пожаре. При температуре до 250 °С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, затем этот предел постепенно снижается, и при 400 °С прочность стали вновь принимает свое первоначальное значение. Критическая температура, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500 °С.

Нагрев металлических сооружений в условиях пожара зависит от множества факторов, среди которых основными являются интенсивность огня и способы теплозащиты металлоконструкций.

Конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под воздействием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокируя тепловой поток от огня к поверхности конструкций, предохраняет ее от быстрого прогревания и позволяет сохранить несущую способность в течение заданного времени.

Металлы отличаются высокой теплопроводностью, поэтому их огнезащита заключается в создании на поверхности металлических элементов конструкций теплоизолирующих экранов, выдерживающих воздействие огня или высоких температур.

Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности.

Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций:

Облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ);

Нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.);

Комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Предельное состояние по огнестойкости строительных конструкций характеризуется:

Потерей несущей способности в результате обрушения или достижения предельных деформаций (R);

Потерей целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

Потерей теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции более чем на 140 °С (I).

Согласно п. 8.2 ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость", в зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и сооружений для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций, применяются следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов (R);

Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, E);

Для наружных ненесущих стен - только потеря целостности (Е);

Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности (Е, I);

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности (R, Е, I).

Фактический предел огнестойкости стальных конструкций (см. табл. 1) при так называемом стандартном пожаре в зависимости от толщины элементов и величины действующих напряжений равен 6-15 минутам. Значение требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляет от 15 минут до 4 часов в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкций. Однако большинство незащищенных стальных конструкций может удовлетворять минимальным требованиям по пределу огнестойкости лишь до 15 минут. Это позволяет сделать вывод о том, что область применения металлических конструкций ограничена по огнестойкости, так как не обеспечивается выполнение следующего условия безопасности:

где Пф - фактический предел огнестойкости конструкций;

Птр - требуемый (нормативный) предел огнестойкости.

Это условие безопасности является основным критерием обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, то есть если значение показателя Пф больше или равно значению Птр, то огнезащита не требуется, а при Пф меньше Птр огнезащита обязательна.

Необходимые пределы огнестойкости строительных конструкций определяются исходя из требуемой степени огнестойкости зданий (сооружений) по таблице 4* СНиП 21-01-97".

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций можно установить двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетным методом (RI).

В соответствии с методикой расчета, изложенной в"Пособии по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов" (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР, Москва, 1985 г.), следует считать, что металлические конструкции не распространяют огонь (предел распространения огня здесь нужно приравнивать к нулю).

Предел огнестойкости несущих металлоконструкций зависит от приведенной толщины металла (6пр, мм) и собственного предела огнестойкости. Приведенная толщина металла вычисляется по формуле:

где F - площадь сечения (мм2), значение которой для проката фасонной стали берется по сортаменту (ГОСТу), а для составных (сварных) сечений определяется из расчета суммы площадей составляющих элементов конструкций;

Р - периметр обогреваемой поверхности конструкции (мм).

Обогреваемый периметр металлоконструкций определяется без учета поверхностей, примыкающих к плитам, настилам перекрытий и стенам при условии, что предел огнестойкости этих конструкций не ниже предела огнестойкости обогреваемой конструкции.

Для ферм и других статически определимых конструкций, состоящих из элементов различного сечения, приведенная толщина металла определяется по наименьшему значению для всех нагруженных элементов. При установлении предела огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой по IV предельному состоянию (для конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями и испытываемых без нагрузок, предельным состоянием будет достижение критической температуры материала конструкции) в качестве критической температуры следует принимать параметр 500 °С (Пособие по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов, п. 2.34).

Продлить время сохранения свойств металлов в условиях пожара (когда это необходимо и экономически оправдано) можно, используя следующие способы:

Выбор изделий из металлов, более стойких к воздействию пожара. Здесь преимущество отдается сталям (вместо алюминиевых сплавов), причем низколегированным, а не углеродистым. При выборе арматурных изделий следует предпочесть арматуру, не упрочненную наклепом и термообработкой;

Изготовление специальных металлических изделий, более стойких к нагреву;

Огнезащита металлоизделий (конструкций) посредством нанесения внешних теплоизоляционных слоев.

Огнезащита металлоконструкций путем обетонирования по армирующей стальной сетке, оштукатуривания или облицовки негорючими листовыми материалами значительно утяжеляет конструкции и является весьма трудоемкой, что делает ее в ряде случаев неприемлемой. В настоящее время все большее распространение получают новые менее трудоемкие методы с использованием огнезащитных составов, незначительно утяжеляющих конструкции. Наиболее технологичным является нанесение на поверхность объекта тонкослойных вспучивающихся огнезащитных составов (красок). Их огнезащитные свойства проявляются за счет увеличения толщины слоя и изменения теплофизических характеристик при тепловом воздействии в условиях пожара.

Вспучивающиеся огнезащитные краски (покрытия) представляют собой композиционные материалы, имеющие в своем составе полимерное вяжущее и наполнители (антипирены, газообразователи, жаростойкие вещества и стабилизаторы вспененного угольного слоя). При нагревании они разлагаются вокруг защищаемой конструкции с поглощением тепла, происходит выделение инертных газов и паров, которые замещают атмосферный кислород и блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляя пламя вблизи слоя покрытия, уменьшают радиационный поток тепла и замедляют процесс горения. Вспучивающиеся покрытия содержат компоненты, которые являются источником образования вспененного угольного слоя, покрывающего поверхность конструкции. Этот слой постепенно закоксовывается, становится жестким.

Вспененный слой, отличаясь низкой теплопроводностью, выполняет функцию теплозащитного экрана, который замедляет распространение тепла по конструкции и ее прогрев, в результате чего обработанный объект значительно позже попадает в область критической температуры.

Сегодня на территории Российской Федерации для обеспечения огнезащиты строительных конструкций используется широкий спектр средств огнезащитных материалов (штукатурные составы, вспучивающиеся краски, обмазки, минераловатные плиты (маты), сухие штукатурки), имеющие различную огнезащитную эффективность и соответственно достоинства и недостатки.

Для существующих огнезащитных составов, красок и мастик, сертифицированных в соответствии с методикой, описанной в НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности", определена лишь группа их огнезащитной эффективности.

Страница 6 из 10

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ:

а) пожарной опасностью (классы)

б) огнестойкостью (предел огнестойкости)

Классы пожарной опасности:

К0 - непожароопасные

К1 - малопожароопасные

К2 - умереннопожароопасные

К3 - пожароопасные

Класс устанавливается по ГОСТ 30403-96 №Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности"

Огнестойкость строительных конструкций

Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуата­ционные функции. Огнестойкость относится к числу основных характеристик конструкций и регламентируется Строительными нормами и правилами.

Время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность, называют пределом огнестой­кости и измеряют в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до наступления одного из предельных состояний:

R – потеря несущей способности определяется об­рушением конструкции или возникновением предельных дефор­маций.

Е – потеря целостности (ограждающих функ­ций). Потеря целостности наступает вследствие образова­ния в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через кото­рые в соседнее помещение проникают продукты горения или пламя.

I – потеря теплоизолирующей способности определяется повышени­ем температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания.

Предел огнестойкости колонн, балок, арок и рам опреде­ляется только потерей несущей способности конструкций и узлов (R). Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, Е). Для наружных ненесущих стен - потеря целостности (Е). Для ненесущих внутренних стен и пере­городок – потеря целостности и теплоизолирующей способности (Е, I). Для несущих внутренних стен и противопожарных преград – все три предельных состояния - R, Е, I. Для окон – только потеря целостности (Е).

Определение фактических пределов огнестойкости строи­тельных конструкций в большинстве случаев осуществляют экс­периментальным путем. Основные положения методов испытаний конструкций на огнестойкость изложены в ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестой­кость. Общие требования" и ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции"

Сущность метода испытания конструкций на огнестойкость сводится к тому, что образец конструкции, выполненный в нату­ральную величину, нагревают в специальной печи и одновремен­но подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Температура в огневой камере печи t изменяется во времени по "стандартной" температурной кривой (рис. 3.2), которая может быть выражена зависимостью:

t = 345 lg (8t + 1) + t нач,

где t - время от начала испытания, мин.; t нач - начальная температура, °С.

Отклонение от температур, регламентируемых стандартной кривой, допускается в пределах 10% в течение 30 мин испытания и 5% - в последующее время.

Температуру в печи измеряют не менее чем в трех точках с помощью термопар. Горячие спаи термопар располагают на рас­стоянии 10 см от обогреваемой поверхности конструкции.

Нагревание испытываемых образцов соответствует реальным условиям работы конструкции и возможному направлению воз­действия огня в случае пожара.

При испытании – колонны обогревают с четырех сторон; балки – с трех; покрытия и перекрытия – со стороны нижней поверхности; стены, перегород­ки, двери – с одной стороны.

Испытаниям подвергаются не менее двух одинаковых об­разцов серийного изготовления или специально изготовленных. Перед испытанием образцы оборудуют приборами для измерения температур и деформаций.

Условия подогрева и особенности опытного образца обус­ловливают конструкцию испытательных установок (рис.3.6), пред­ставляющих собой огневые печи, в которых создается заданный температурный режим с помощью сжигания жидкого или газооб­разного топлива. Печи оборудуют приборами для измерения тем­пературы, а также устройствами для опирания, закрепления и нагружения опытных конструкций.

Под термином «потеря несущей способности грунта» мы понимаем явление выдавливания грунта по сторонам фундамента с выпучиванием его вверх; при этом сооружение опускается и может одновременно покоситься, т. е. дать крен. Потеря несущей способности грунта под подошвой фундамента происходит в том случае, когда прочность грунта на сдвиг по поверхности скольжения недостаточно велика по сравнению с фактическими напряжениями, возникающими от нагрузки (рис. 7). Нагрузка на фундамент, при которой происходит потеря несущей способности грунта, называется предельной нагрузкой, или наибольшей несущей способностью; во избежание потери несущей способности грунта основание должно иметь определенный запас прочности, который регламентируется нормами DIN 4017, чч. 1 и 2 (примеры исследований потери несущей способности грунта - см. ). Если осадки, возникающие из-за сжимаемости грунта при определенных нагрузках от веса сооружений, представляют собой деформационную задачу, то при потере несущей способности дальнейшая осадка грунта невозможна; здесь в зоне вытеснения грунта из-под фундамента возникает проблема равновесия. Опасность потери несущей способности грунта тем больше, чем меньше ширина фундамента, глубина его заложения и Прочность грунта на сдвиг; к потере несущей способности грунта может привести и внецентренное загружение фундамента.

При традиционных методах строительства с обычными нагрузками от зданий на грунт, достаточно широкими фундаментами и достаточно глубоким их заложением для определения допустимых нагрузок на подошву фундамента рекомендуется, как правило, сначала сделать расчет фундаментов по деформациям и лишь затем приступить к определению возможной потери несущей способности грунтов основания.
Следует указать на то, что опасность потери несущей способности грунта под нагрузкой может усилиться при подъеме грунтовых вод и уменьшении объемной массы грунта. При первых признаках потери несущей способности грунта (наклон и перекос сооружения, горизонтальные сдвиги, вспучивание грунта в непосредственной близости от здания) необходимо немедленно принять такие контрмеры, как установка дополнительных креплений, пригруз поверхности грунта, понижение уровня грунтовых вод или упрочнение грунта (например, с помощью инъектирования) .

Для полноты картины следует еще упомянуть о потере несущей способности грунтов на всем участке строительства. Это явление возникает при наличии перепадов уровня территории строительства (подпорные стенки, откосы, крутопадающие слои грунта), когда нагрузка от здания и собственный вес грунта превышают сопротивление грунта сдвигу, и сооружение с примыкающими к нему участками почвы сдвигается по поверхности скольжения. Причиной этого часто бывают исключительно сильные атмосферные осадки и вызванное ими усиление давления воды в порах грунта.

Если в непосредственной связи со строительством многоэтажного здания планируется устройство грунтовых откосов, то из соображений обеспечения устойчивости грунтов на планируемой территории следует производить расчет устойчивости откосов, ибо существует опасность сдвига откоса вдоль поверхности скольжения, т. е. сползание откоса (DIN 4084, ч. 2). Методику расчета откосов см. .

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 :

1) ненормируемый; 2) не менее 15 минут; 3) не менее 30 минут; 4) не менее 45 минут;

5) не менее 60 мин.; 6) не менее 90 минут; 7) не менее 120 минут; 8) не менее 150 минут;

9) не менее 180 минут; 10) не менее 240 минут; 11) не менее 360 минут.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний .

Пределы огнестойкости строительных конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания, могут определяться расчетно-аналитическим методом, установленным нормативными документами по пожарной безопасности .

Методы определения пределов огнестойкости строительных конструкций и признаков предельных состояний устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности .

Фактический предел огнестойкости строительных конструкций во многих странах определяют экспериментальным путем посредством проведения натурных огневых испытаний строительных конструкций. Метод натурных огневых испытаний регламентирован международным стандартом ISO/DIS 834 "Испытание на огнестойкость элементов строительных конструкций". В России с 01.01.96 г. пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247, ГОСТ 51136, ГОСТ Р 53307 и ГОСТ Р 53308 по времени наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний.

В ГОСТ 30247.0-94 приведены общие положения, в том числе определения терминов, используемых при установлении огнестойкости конструкций, формулировка сущности методов испытания на огнестойкость, общие требования к испытательному оборудованию, температурному режиму, образцам и процедуре проведения испытаний.

В этом же стандарте перечислены основные виды предельных состояний конструкций по огнестойкости, основные положения по оценке результатов испытаний, требования к протоколу испытаний. Стандарт устанавливает для одной и той же конструкции различные пределы огнестойкости по парным признакам наступления предельного состояния. Так, испытания стены на огнестойкость могут быть продолжены до полного ее разрушения, а в процессе испытаний будут установлены пределы ее огнестойкости по признаку потери теплоизолирующей способности и по признаку потери целостности в зависимости от того, где установлена несущая стена. Требования по ее теплоизолирующей способности могут быть следующими:

для межквартирной стены – 30 мин., межсекционной – 45 мин., внутриквартирной – 15 минут. Но по несущей способности она должна выдерживать, например:

Все 120 минут в зданиях I-ой степени огнестойкости;

90 минут в зданиях II -ой степени огнестойкости;

45 минут в зданиях III-ой степени огнестойкости;

15 минут в зданиях IV-ой степени огнестойкости.

В ходе проектирования данные особенности должны учитываться и это, в конечном итоге, должно выразиться в выборе наиболее приемлемых строительных материалов, входящих в состав строительной конструкции, и главным образом, в экономии финансовых средств.

В соответствии со статьей 35, ч.2 и ч.5 Технического регламента о требованиях пожарной безопасности строительные конструкции по предельному состоянию на огнестойкость подразделяются на следующие виды и имеют буквенные обозначения:

1) потеря несущей способности (R);

2) потеря целостности (Е);

3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

1. Потеря несущей способности(R) в виде обрушения конструкции либо возникновения предельной деформации (в зависимости от типа конструкции).

Числовые значения величин предельных деформаций для различных типов конструкций приведены в приложении "А" ГОСТ 30247.1-94. Для изгибаемых конструкций оно составляет величину L/20, либо если скорость нарастания деформаций составит L 2 /(9000 h) см/мин (где L – длина конструкции, см; h – расчетная высота поперечного сечения (толщина) конструкции, см.

Для вертикальных конструкций предельным состоянием по огнестойкости следует считать условие, когда вертикальная деформация достигает L/100 или скорость нарастания деформаций достигает 10 мм/мин - для образцов высотой 3 0,5 м.

По первому предельному состоянию конструкций по огнестойкости оценивают конструкции несущих стен, покрытий, перекрытий (балок, ферм, колонн, арок, рам) и узлов, их соединяющих.

Предел огнестойкости узлов крепления и сочленения строительных конструкций должен быть не ниже требуемого предела огнестойкости самих конструкций.

2. Потеря целостности (Е) или дефектность структуры ограждающей конструкции в результате образования сквозных трещин, отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя. Оценивается по их количеству и размерам (длиной, шириной и глубиной), измеряемым с помощью специальных калиброванных щупов и игл, оптических луп или микроскопов, ультразвукового диагностирования; путем простукивания конструкции, обратив внимание на
звук: неплотный бетон издает глухой звук, при наличии отслоений -
дребезжащий, при плотном бетоне звук звонкий.

3. Потеря теплоизолирующей способности (I) , т. е. прогрев конструкций до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение горючих материалов, находящихся в смежных помещениях.

Установлено, что сквозной прогрев конструкции до температуры порядка 220 0 С уже может представлять опасность самовоспламенения различных твердых и жидких веществ. Поэтому потеря теплоизолирующей способности строительной конструкции при пожаре наступает при превышении температуры на не обогреваемой поверхности по сравнению с начальной:

– приращение температуры более чем на 140 0 C (по измерениям пятью термопарами);

– в любой точке этой поверхности приращение температуры более чем на 180 0 C;

– или абсолютная температура равна 220 0 C в любой точке поверхности, независимо от первоначальной температуры конструкции до испытания.

Таким образом, первое предельное состояние конструкции по огнестойкости (R) характеризует потерю конструкцией несущей способности, второе(Е) и третье (I) – ограждающей.

Образцы несущих и самонесущих конструкций должны испытываться под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания образцов должны соответствовать принятым в технической документации. Величину испытательной нагрузки устанавливают из условия создания в поперечных сечениях образцов конструкции таких напряжений, которые предусмотрены в конструкции по проекту или технической документации. При определении величины проектных напряжений учитывают только постоянные и временные длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэфициентом надежности равным 1.

Образцы наружных стен испытывают при воздействии тепла со стороны, обращенной при эксплуатации к помещению; балки – с трех сторон, а колонны, столбы и фермы – с четырех или с трех сторон - с учетом реальных условий использования.

Образцы конструкций однослойных и симметричных многослойных внутренних стен испытывают с одной стороны, моногослойных несимметричных – с каждой стороны, кроме тех случаев, когда неблагоприятная сторона может быть заранее установлена или известно направление огневого воздействия.

В процессе испытания регистрируют следующие параметры:

а) время наступления предельных состояний конструкции по огнестойкости и их вид;

б) температуру в печи, на не обогреваемой поверхности ограждающей конструкции, а также в других предварительно определенных местах.

Термопары для измерения температуры среды в огневой камере печи должны быть установлены не менее чем в пяти местах. Конец термопар следует устанавливать на расстоянии 100 мм от образца – конструкции.

Среднюю температуру не обогреваемой поверхности образцов ограждающих конструкций (стеновых панелей, плит перекрытий, перегородок и др.) определяют как среднее арифметическое показаний не менее чем пяти термопар.

Для определения температуры в любой точке поверхности образца следует устанавливать термопары (или использовать переносную термопару) в таких местах не обогреваемой поверхности ограждающих конструкций, в которых ожидается появление максимальной температуры (например, в зоне ребер, стыков, металлических закладных деталей). При определении средней температуры не обогреваемой поверхности образца эти точки в расчет не принимают.

в) величину избыточного давления в печи (при испытании ограждающей конструкции на газодымонепроницаемость). Оно должно составлять 10 ( 2) Па;

г) величину деформации (при испытании несущей конструкции);

д) время появления пламени на не обогреваемой поверхности образца (ограждающей конструкции) определяют с помощью ватных тампонов;

е) время появления и характер трещин, отверстий, отслоений, а также другиет явления (например, нарушение условий опирания, появление дыма).

Приведенный перечень измеряемых параметров и регестрируемых явлений может дополняться и изменяться в соответствии с требованиями методов испытаний конкретных видов конструкций.

Испытания должны продолжаться до наступления одного или, по возможности, последовательно всех предельных состояний конструкций по огнестойкости, нормируемых для испытываемой конструкции. Результаты, полученные при испытании, могут быть использованы для оценки пределов огнестойкости расчетными методами других аналогичных (по форме, материалам, конструктивному исполнению) конструкций. В свою очередь, стандарт допускает определять пределы огнестойкости строительных конструкций расчетным методом, при этом испытания можно не проводить. Расчетный метод не распространяется на конструкции, огнестойкость которых может характеризоваться потерей плотности.

Если для конструкции нормируют (или устанавливают) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, обозначение предела огнестойкости состоит из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой, например:

R120/ЕI 60 – предел огнестойкости 120 мин – по потере несущей способности; предел огнестойкости 60 мин – по потере целостности или теплоизолирующей способности, независимо от того, какое из этих двух предельных состояний наступит ранее.

При различных значениях пределов огнестойкости, регламентируемых разными предельными состояниями, обозначение числовых значений времени перечисляется по убыванию.

Цифровой показатель в обозначении предела огнестойкости должен соответствовать одному из чисел следующего ряда: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360, т.е. должны быть кратными 15, а при получении экспериментальных или расчетных промежуточных показателей необходимо принимать меньшее числовое значение из этого ряда.

Пределы огнестойкости запроектированных или реально существующих конструкций принято называть фактическими, а определяемые условиями безопасности или нормами,- требуемыми и обозначать, соответственно, П ф и П тр. Фактические и требуемые пределы огнестойкости конструкций нормируются и учитываются пи проектировании зданий и сооружений. Требования безопасности считаются выполненными при выполнении условия: П ф ≥ П тр

Огнестойкость строительных конструкций

зданий и сооружений

5.1. Строительные конструкции в аспекте обеспечения противопожарной защиты зданий.

Строительные конструкции, рассчитанные по всем правилам строительной механики, как правило, эксплуатируются много десятков лет. Однако в условиях пожара они могут разрушиться в течение нескольких часов или даже минут.

При этом большая часть материального ущерба от пожара обуславливается именно разрушением строительных конструкций.

Устойчивость СК к воздействию пожара влияет и на процесс тушения пожара, т.к. обрушение конструкций представляет большую опасность для персонала объекта и для пожарных. При этом, если СК обрушаются еще до момента ликвидации пожара, его дальнейшее тушение не дает какого-либо эффекта и становится бесполезным.

Современные СК с добавками органических составляющих в условиях пожара могут не только разрушаться, но также в ряде случаев воспламеняться, распространять пламя по своей поверхности, гореть, выделять токсичные продукты горения. Это существенно увеличивает продолжительность пожара и значение его опасных факторов.

5.2. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций.

С точки зрения поведения во время возникновения и развития пожара строительные конструкции (СК) характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью:

Пожарную опасность СК характеризует класс ее пожарной опасности .
5.3. Предел огнестойкости (ФЗ №123)
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний.
Различают следующие основные виды предельных состояний строительных конструкций по огнестойкости:

Потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций (R);

Потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

Потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений (I);

Достижение предельной величины плотности теплового потока (W);

Потеря дымогазонепроницаемости (S).
5.4. Критерии наступления предельных состояний строительной конструкции при нагреве в условиях пожара (ГОСТ 30247.1).
Критерий потери несущей способности СК

а) обрушение конструкции

б) возникновение предельных деформаций:

Для изгибаемых конструкций следует считать, что предельное состояние наступило, если:

а) прогиб достиг величины L/20;

б) скорость нарастания деформаций достигла L 2 /(9000 . h) (см/мин),

где L - пролет, см; h - расчетная высота сечения конструкции, см.

Для вертикальных конструкций предельным состоянием следует считать условие, когда вертикальная деформация достигает L/100 или скорость нарастания вертикальных деформаций достигает 10 мм/мин. для образцов высотой (3,0±0,5) м.
Критерий потери целостности СК

Потеря целостности (E) наступает в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность приникают продукты горения или пламя. В процессе испытания потерю целостности определяют при помощи тампона из хлопка или натуральной ваты, который помещают в металлическую рамку с держателем и подносят к местам, где ожидается проникновение пламени или продуктов горения, и в течение 10 с держат на расстоянии 20-25 мм от поверхности образца.

Время от начала испытания до воспламенения или возникновения тления со свечением тампона является пределом огнестойкости конструкции по признаку потери целостности.

Обугливание тампона, происходящее без воспламенения или без тления со свечением, не учитывают.

Размеры тампона должны быть 100 х 100 х 30 мм, масса от 3 до 4 г. До использования тампон в течение 24 ч выдерживают в сушильном шкафу при температуре (105+ 5) °С. Из сушильного шкафа тампон вынимают не ранее; чем за 30 мин до начала испытания. Повторное применение тампона не допускается.
Критерий потери теплоизолирующей способности СК

Потеря теплоизолирующей способности (I) констатируется в случае повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 °С или любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания.
Таблица 5.1.

Критерии огнестойкости

	Критерии огнестойкости
	R		I	E
Горизон-тальные	а) разрушение		а), (о С) б) (о С), в) (о С),	воспламенение тампона из ваты или хлопка, продуктами горения, выходящими из трещин конструкций
	б)
	в) , L(см), h(см), V(см/мин.)
Верти- кальные	а) разрушение
	б)
	в) V > 10 мм/мин. при L=(3,0+ 0,5) м

Критерий потери дымогазонепроницаемости
Потеря дымогазонепроницаемости S определяется временем от начала нагрева и нагружения избыточным давлением испытываемой конструкции до момента уменьшения сопротивления дымогазопроницанию этой конструкции ниже минимально допустимого значения.

Удельное сопротивление дымогазопроницанию конструкций дверей различных типоразмеров не должно быть менее 1,96・10 5 м 3 /кг.

Критерий достижения предельной величины плотности теплового потока (ПТП)

При испытании вертикальных конструкций со светопрозрачными элементами, один из приемников теплового излучения устанавливаются на расстоянии (500 ± 10) мм от геометрического центра необогреваемой поверхности конструкции. Другие - на таком же расстоянии элементов, где ожидается наибольшая величина теплового излучения.

Горизонтальные конструкции со светопрозрачными элементами на предел огнестойкости по признаку W (достижения предельной величины плотности теплового потока) не испытываются.

Результаты испытаний оценивают по времени достижения предельной величины ПТП – 3,5 кВт/м 2 .
5.5. Нормирование пределов огнестойкости строительных конструкций различных типов
Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций используют следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов - R;

Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности - R, E, для наружных ненесущих стен - E;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности - E, I;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности - R, E, I;

Предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности – Е.
Для светопрозрачных ограждающих конструкций и дверей (с площадью остекления не менее 25%) дополнительно нормируется предел огнестойкости по признаку достижения предельной величины плотности теплового потока – W.
Предел огнестойкости по признаку потери дымогазонепроницаемости (S) нормируется только для заполнения дверных проёмов в противопожарных преградах.

5.6. Обозначения пределов огнестойкости строительных конструкций (ГОСТ 30247.0)
Обозначение предела огнестойкости строительной конструкции состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний и цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний (первого по времени) в минутах.

Например, приведенные в нормативных документах обозначения означают:

R 120 - предел огнестойкости должен составлять не менее 120 минут - по потере несущей способности;

RЕ 60 - предел огнестойкости должен составлять не менее 60 минут - по потере несущей способности и потере целостности, независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее;

REI 30 - предел огнестойкости должен составлять не менее 30 минут - по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, какое из трех предельных состояний наступит ранее.

Если для конструкции нормируются (или устанавливаются) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, обозначение предела огнестойкости состоит из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой.
Например:

R 120/EI 60 - предел огнестойкости не менее 120 минут - по потере несущей способности/ и предел огнестойкости не менее 60 минут - по потере целостности или теплоизолирующей способности независимо от того, какое из двух последних предельных состояний наступит ранее.

При составлении протокола испытаний и оформлении сертификата пожарной безопасности следует указывать предельное состояние, по которому установлен фактический предел огнестойкости конструкции.

При различных значениях пределов огнестойкости одной и той же конструкции по разным предельным состояниям обозначение пределов огнестойкости перечисляется по убыванию.

Например, R90/I60/E30.

Цифровой показатель в обозначении предела огнестойкости должен соответствовать одному из чисел следующего ряда: 15, 30, 45, 60, 90, 180, 240, 360.
5.7. Фактические и требуемые пределы огнестойкости.
Пределы огнестойкости делятся на:

Фактические (П ф) – пределы огнестойкости реально существующих конструкций;

Требуемые (П тр) – нормативные пределы огнестойкости.

Требуемые пределы огнестойкости П тр определяются в зависимости от требуемой степени огнестойкости зданий.

Фактические пределы огнестойкости СК определяются двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетами (RI).
Вопрос: Почему расчетом нельзя предсказать потерю целостности?

5.8. Основные документы, регламентирующие испытания различных СК на огнестойкость
Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Двери шахт лифтов.

Глава 6

Методология огневых испытаний строительных конструкций
6.1. Общая методология

По результатам огневых испытаний, начавших интенсивно проводиться в нашей стране, начиная с 1948 г., накоплен обширный банк данных и в настоящее время огневые испытания на огнестойкость проводятся, как правило, для конструкций, которые не испытывались ранее и для которых нет официально утвержденной методики расчета.
Главная идея огневых испытаний – наиболее точное воспроизведение поведения СК при огневом воздействии на нее.

Для этого:

1) испытываемая конструкция выполняется проектных размеров (в натуральную величину). При невозможности испытания образцов проектных размеров их уменьшение допускается до величин указанных в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Минимальные размеры испытываемых строительных конструкций

2) испытываемая конструкция опирается и нагружается в соответствии с положением и нагружением в реальном здании
Образцы несущих конструкций испытываются на действие нормативной нагрузки. Распределение нагрузки и опирание образцов при их испытаниях должны соответствовать расчетным схемам принятым при проектировании. При невозможности соблюдения этого условия в сечениях образцов должны быть созданы напряжения, соответствующие проектным расчетным схемам. Нагрузка устанавливается не менее, чем за 30 мин. До начала испытания и поддерживается в течение всего времени испытания постоянной.
3) конструкция подвергается огневому воздействию также в соответствии с реальным расположением ее в здании, т.е. схема обогрева конструкций должна соответствовать реальным условиям.

Перекрытия и покрытия воздействие тепла снизу.

Несущие балки и фермы – воздействие тепла с трех сторон

Колонны и столбы – воздействие тепла со всех сторон.

Наружные стены – воздействие тепла только с внутренней стороны.
Образцы многослойных несимметричных по сечению внутренних стен и перегородок - должны подвергаться воздействию тепла с каждой стороны отдельно (кроме случая, когда неблагоприятная сторона может быть заранее установлена).

Рис. 6.1. Стандартная кривая пожара «температура-время»

Температура в печи измеряется термопарами не менее, чем в пяти точках на расстоянии 100 мм от поверхности испытываемого образца, при этом на каждые 1,5 м 2 ограждающей поверхности образца и на каждые 0,5 м длины балки или колонны устанавливается одна термопара.
За температуру в печи принимается среднеарифметическое значение показаний всех термопар в данный момент времени.

Отклонение среднего значения температуры от стандартной не должно превышать

+ 15% в течение первых 10 мин. испытания;

+ 10% при 10
+ 5% после 30 мин.

6.2. Схемы испытательных установок для экспериментального определения пределов огнестойкости строительных конструкций
А) Установка для определения пределов огнестойкости стен (несущих и ненесущих) и перегородок.

Б) Установка для определения пределов огнестойкости колонн.

В) Установка для определения пределов огнестойкости перекрытий и покрытий.

6.3. Контроль достижения предельных состояний строительной конструкции во время эксперимента
А) Потеря целостности

Определение потери целостности осуществляется с помощью ватного тампона и при поддержке внутри печи избыточного давления.

Б) Потеря теплоизолирующей способности

Температура на необогреваемой поверхности ограждающих конструкций измеряется не менее, чем в пяти точках, одна из которых располагается в центре, а остальные – в середине прямых, соединяющих центр и углы проема печи.

Если при испытании ожидается (прогнозируется) появление максимальной температуры в других точках необогреваемой поверхности, то в них также устанавливают термопары (например, металлический мостик)

В) Потеря несущей способности

Деформации несущих конструкций во время испытания определяются прогибомером.

Проведение испытаний.

Предел огнестойкости конструкции определяется как среднее арифметическое результатов испытаний двух образцов.

При этом максимальное и минимальное значение пределов огнестойкости двух испытанных образцов не должны отличаться более, чем на 20% от показателя с большим значением. Если результаты отличаются друг от друга больше, чем на 20%, то нужно проводить дополнительное испытание, а предел огнестойкости определять как среднеарифметическое двух меньших значений.