Пожарная безопасность зданий и сооружений

метки: Здание, Сооружение, Пожарный, Безопасность, Оценка, Опасность, Система, Обеспечение

колонна перекрытие строительный пожар

Строительные материалы — природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.

Строительные материалы классифицируют по назначению, технологическому признаку и способу изготовления.

По назначению строительные материалы делят на следующие группы:

• конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;
• теплоизоляционные, обеспечивающие тепловой режим здания;
• акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;
• гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях и других конструкциях зданий;
• герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;
• отделочные для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты их от внешних воздействий;
• специального назначения для специальных сооружений (огнеупорные, кислотоупорные);
• общего назначения, служащие разным целям (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку строительные материалы классифицируют с учетом вида сырья, из которого они сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

По способу изготовления различают материалы:

• природные (древесина, природный камень),
• получаемые обжигом (керамика, минеральные вяжущие вещества)
• плавлением (стекло, металлы)
• путем переработки органического сырья (синтетические полимеры, растворители, битум, деготь) и органических вяжущих веществ (строительные пластмассы, органические кровельные и гидроизоляционные материалы).

Чтобы здание или сооружение выполняло свое назначение, и было долговечным, необходимо правильно выбрать материалы, как конструкционные, так и отделочные. При технико-экономической оценке планировочных и конструктивных решений проектные варианты сравнивают.

При выборе строительного материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т.п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т.п. Следовательно, для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.

Технология производства и потребительские свойства кровельных материалов

... рабочее место. Основные процессы — это укладка кровельного материала и крепление его к основанию. Кровельные материалы на строительный объект доставляют в контейнерах автомобильным транспортом. На ... зависит от вида кровли и методов производства работ. Заготовительные процессы включают раскройку, очистку рулонного материала; изготовление элементов кровли из листового оцинкованного железа; подготовку ...

Свойствами строительных материалов называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

2. Общие свойства строительных материалов и их изменение при нагревании

Железобетонные строительные конструкции

Железобетон — это технически возможное и экономически целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев — сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже (в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) — сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].

Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки (рис. 1, б).

В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 — 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 — 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура — на растяжение.

Легкие бетоны и изделия на их основе

... наружных стен и плит покрытий, межквартирных перегородках и междуэтажных перекрытиях. Широта и эффективность использования легкого бетона на основе пористых заполнителей в различных ... легкого бетона и отсутствие вредных примесей в используемом сырье делают эти бетоны экологичными и безопасными. Это позволяет успешно использовать их в несущих сборных и монолитных конструкциях - колоннах, плитах ...

Поведение изгибаемых железобетонных элементов в условиях пожара.

Плиты

Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R).

Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, E, I, т.е. по потере несущей способности (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).

Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимы по стандартному температурному режиму, подтверждают это [2].

Сплошные железобетонные плиты, армированные горячекатаной стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты с мощными продольными ребрами, армированными по всей длине горячекатаной стержневой арматурой и двойными вертикальными каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую способность по нормальному сечению в пролете в результате образования пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных участках, равных ј пролета плиты. При этом потеря несущей способности аналогичных плит, армированных высокопрочной проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше. Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием температурных напряжений, возникающих из — за неравномерного прогрева по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и температуры. Этим объясняется характер разрушения — хрупкое скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.

Предел огнестойкости плит междуэтажных сборных плит сборных перекрытий наступает, как правило, вследствие потери несущей способности. Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования пластического шарнира.

Большие прогибы железобетонных перекрытий, разрушающихся в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, указывает на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением температуры.

Необходимо учитывать, что предел огнестойкости изгибаемых конструкций, разрушающихся в результате образования пластического шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения огневого воздействия [2].

Стальные конструкции — столетие каркасного строительства из стали

... конструкцию и как важнейшее средство создания формы в монументаль­ной архитектуре, позволяет говорить о новой архитектурной эпохе. Однако в перекрытии по стальным балкам еще долго сохранялись кирпичные или бетон ... ренним чугунным каркасом появились уже в 80-х годах XVIII в., однако здание в Салфорде ... символом архитектуры буржуазного сто­летия, в чугунной колонне — этом стройном несущем элементе ...

Балки

Исследования натурных пожаров, а также изучение результатов экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок в условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит. Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно. Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны [2].

В статически определимых балках прогрев продольных арматурных стержней до критической температуры приводит к образованию пластического шарнира в сечении, где действует M _{n , max ,} что и является причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела огнестойкости.

Существенное влияние на поведение балок в условиях пожара оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что при свободных шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении концов балок они имеют минимальную огнестойкость.

Статически неопределимые изгибаемые конструкции при нагреве снижают свою несущую способность за счет уменьшения прочности опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как и в случае статически определимых элементов, уменьшается в результате нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений происходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до высоких температур.

В условиях пожара в статически неопределимых стержневых элементах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за счет возникновения отрицательного температурного момента вследствие перепада температур по высоте сечения и отсутствии свободы поворота сечений. Из — за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему препятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент уменьшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на опорах. [2].

Колонны

Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона. [2]

В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800 — 100 ⁰ С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 20⁰ С до нуля при критической температуры и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара.

Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20 — 30 мин).

Реферат тушение пожаров при взрыве газовых баллонов

... это приведет к тушению пожара. Также отвод тепла способствует предотвращению взрыва, если при пожаре образуются взрывоопасная среда. ... распространения пожара достигается выполнением огнестойких конструкций; пределом огнестойкости называется время, в течение которого конструкция сопротивляется ... характеризующие пожар, в электрические сигналы. По способу приведения в действие извещатели подразделяют на ...

В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.

Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600 — 800 ⁰ С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.

После 1 — 1.5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2 — 3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600 ⁰ С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонна ведет себя аналогично бетонной. Колонны укорачиваться с возрастающей скоростью до момента их обрушения.

Характер разрушения железобетонных колонн с продольной гибкой и косвенной арматурой отличается от характера разрушения элементов только с продольным армированием.

Колонна с продольным армированием разрушаются под действием огня с отпаданием защитного слоя, выпучиванием рабочей арматуры и раздроблением бетона в ядре сечения, как правило, в средней части по высоте [2].

Стальные строительные конструкции

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

• назначению;
• видам соединений;
• степени заводской готовности;
• условиям строительства и эксплуатации;
• ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

• несущие (основные и вспомогательные);
• ограждающие;
• совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам соединения конструкции подразделяют на:

• сварные;
• болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);
• клепаные;
• винтовые;
• комбинированные.

По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:

Строительные материалы

... и применение естественных строительных материалов, минеральных вяжущих веществ и искусственных каменных строительных материалов Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают ... конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона; ь отделочные материалы и изделия - керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного ...

• полностью изготовленные на заводе;
• изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:

• вида силового воздействия;
• степени агрессивности внешней среды;
• температурных условий;
• характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

• воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;
• воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.

По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:

• неагрессивных:
• слабоагрессивных;
• среднеагрессивных:
• сильноагрессивных.

По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

• с расчетной температурой минус 40°С и выше;
• с расчетной температурой от минус 40 до минус 50°С включ.;
• с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65°С включ.;
• с температурой воздействия 100 — 150°С;
• эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;
• эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру функционирования конструкции подразделяют на:

• стационарные;
• сборно-разборные;
• передвижные.

По ответственности в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:

• может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;
• может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;
• не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов. [6]

Стальные строительные конструкции

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Конструкции стальные строительные классифицируют по:

• назначению;
• видам соединений;
• степени заводской готовности;
• условиям строительства и эксплуатации;
• ответственности.

По назначению конструкции подразделяют на:

Строительные материалы (2)

... их рассматривают как неорганические полимеры. Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составом. Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала -- механических, огнестойкости, биостойкости, а также других технических ...

• несущие (основные и вспомогательные);
• ограждающие;
• совмещающие функции несущих и ограждающих.

По видам соединения конструкции подразделяют на:

• сварные;
• болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);
• клепаные;
• винтовые;
• комбинированные.

По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:

• полностью изготовленные на заводе;
• изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.

По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:

• вида силового воздействия;
• степени агрессивности внешней среды;
• температурных условий;
• характера функционирования.

По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:

• воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;
• воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.

По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:

• неагрессивных:
• слабоагрессивных;
• среднеагрессивных:
• сильноагрессивных.

По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:

• с расчетной температурой минус 40°С и выше;
• с расчетной температурой от минус 40 до минус 50°С включ.;
• с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65°С включ.;
• с температурой воздействия 100 — 150°С;
• эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;
• эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.

По характеру функционирования конструкции подразделяют на:

• стационарные;
• сборно-разборные;
• передвижные.

По ответственности в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:

• может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;
• может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;
• не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов. [6]

Поведение стальных строительных конструкций при пожаре

Металл отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации и деформации ползучести. Это приводит к быстрому обрушению металлических колонн, балок (в пределах всего 0,12-0,25 часа), потере ограждающей и теплоизолирующей способностей ограждений.

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.);
• нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных тонкослойных вспучивающихся красок;
• комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Огнезащитная эффективность составов подразделяется на 5 групп:

• 1-я — не менее 150 мин;
• 2-я — не менее 120 мин;
• 3-я — не менее 60 мин;
• 4-я — не менее 45 мин;
• 5-я — не менее 30 мин.

При определении группы огнезащитной эффективности составов не рассматриваются результаты испытаний с показателями менее 30 мин.

Также эффективным способом является спринклерное орошение элементов конструкции.

3. Деревянные строительные конструкции

Деревянные конструкции являлись основными в течение многих веков и имеют широкие перспективы применения в современном облегчённом капитальном строительстве. Огромные лесные богатства нашей страны являются надёжной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Деревянные конструкции характеризуются малой массой, малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны. Ценные строительные свойства древесины определяют и области её эффективного использования.

Высокая прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий, имеющих свободные пролёты до 100 м и более.

Деревянные конструкции подвержены загниванию. Однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.

Древесина является стойким материалом в ряде агрессивных по отношению к бетону и металлу сред. Кроме того, деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности. [7]

Поведение деревянных строительных конструкций при пожаре

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 230°С. Стойкое и длительное горение ее начинается при температуре 260°С и сопровождается повышением температуры. При отсутствии открытого пламени воспламенение может произойти при быстром (в течение 1-2 мин) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии тепла температура воспламенения древесины снижается до 170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительные прибора, дымоходы, трубы и т.д.,).

Нормы ССНиП П-25-80, например, требуют обеспечения условий, при которых температура окружающего (деревянные конструкции) воздуха не превышала бы 50°С для конструкций из цельной и 35°С для конструкций из клееной древесины.

Гладкая, без трещин поверхность массивного деревянного элемента не способствует распространению огня по площади элемента, а низкий коэффициент теплопроводности древесины препятствует проникновению высоких температур внутрь его сечения. Образующаяся на поверхности горящего элемента «угольная шуба», имеющая коэффициент теплопроводности в 4 раза меньше, чем сама древесина дополнительно ухудшает условия горения деревянных элементов массивного сечения (например, клееных при площади сечения более 350 см ² ).

Перечисленные обстоятельства объясняют относительно высокий предел огнестойкости деревянных элементов крупного сечения, а известная на сегодня скорость обугливания деревянного элемента в глубину сечения и равная 0,6 — 0,8 мм/мин позволяет проектировать конструкции с заранее заданным пределом огнестойкости.

Опыты, проведенные за рубежом, а позже на кафедре пожарной профилактики Высшей школы МВД СССР, показали, что балка сплошного прямоугольного сечения при непосредственном воздействии огня и температуры около 900-950°С в 1 часа обугливается на глубину 35…40 мм.

Температура внутри балки сечением 28х116 см через 45 минут испытаний в огневой камере по стандартному режиму, измеренная посредством термопар, оказалась равной 40°С. При этом температура в камере составляла 900°С, под слоем угля 273°С, а на глубине 60 мм — 78°С.

Институтом по исследованию строительных материалов в Штутгартском университете в результате испытания клееных деревянных балок сечением 16х40 см в условиях пожара получены следующие данные:

• балки после испытания в режиме, соответствующем режиму для вынесения оценки «полуогнестойкий» (повышение температуры до 880°С происходило в течение 30 мин.) обладали 2,4 — кратным запасом прочности при 3х-кратном исходном;
• опытная балка, подвергнутая воздействию огня при температуре 1000°С в течение 30 мин. оказалась способной воспринимать после испытаний около 60% своей расчетной нагрузки.

Учитывая опыт применения деревянных конструкций в нашей стране и за рубежом, отечественные противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений (СНиП II-2-80) разрешают применение деревянных конструкций в несущих и ограждающих элементах зданий с третьей степенью огнестойкости. При этом, пределы огнестойкости принимаются для балок, ферм, арок и рам 0,75 часа, а для колонн — 2 часа.

Таким образом, несмотря на то, что древесина является возгораемым материалом, массивные конструкции из нее (площадью сечения не менее 350-400 см ² ) даже без специальной обработки обладают достаточно высокой огнестойкостью, превышающей, например, огнестойкость незащищенных металлических конструкций.

4. Пожарно-техническая классификация строительных материалов

Пожарно-техническая классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий основывается на их разделении по свойствам, способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию, — пожарной опасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости.

Строительные материалы

Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью.

Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.

Горючесть строительных материалов.

Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

• Г1 (слабогорючие);
• Г2 (умеренногорючие);
• Г3 (нормальногорючие);
• Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244.

Воспламеняемость строительных материалов.

Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на три группы:

• В1 (трудновоспламеняемые);
• В2 (умеренновоспламеняемые);
• В3 (легковоспламеняемые).

Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают по ГОСТ 30402.

Распространение пламени по поверхности строительных материалов.

Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:

• РП1 (нераспространяющие);
• РП2 (слабораспространяющие);
• РП3 (умереннораспространяющие);
• РП4 (сильнораспространяющие).

Группы строительных материалов по распространению пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444 (ГОСТ Р 51032-97).

Дымообразующая способность строительных материалов.

Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:

• Д1 (с малой дымообразующей способностью);
• Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
• ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).

Группы строительных материалов по дымообразующей способности устанавливают по ГОСТ 12.1.044.

Токсичность строительных материалов.

Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:

• Т1 (малоопасные);
• Т2 (умеренноопасные);
• ТЗ (высокоопасные);
• Т4 (чрезвычайно опасные).

Группы строительных материалов по токсичности продуктов горения устанавливают по ГОСТ 12.1.044.

Строительные конструкции

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.

Предел огнестойкости строительных конструкций.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:

• потери несущей способности (R);
• потери целостности (Е);
• потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Класс пожарной опасности строительных конструкций.

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:

• КО (непожароопасные);
• К1 (малопожароопасные);
• К2 (умереннопожароопасные);
• КЗ (пожароопасные).

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ 30403.

5. Расчет предела огнестойкости железобетонной панели перекрытия ПК 6 — 58.12

Расчет предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия:

• а) по признаку «R» — потере несущей способности;

Дано:

• Железобетонная плита перекрытия ПК 6-58.12, многопустотная свободно опирающаяся по двум сторонам. Размеры сечения: b = 1.19 м, длина рабочего пролета l = 5.7 м;
• высота сечения h = 0.22 м;
• толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры д = 0.02 м, диаметр пустот d _П = 0.18 м.

Бетон: тяжелый, R _bu = 22 МПа.

Арматура: растянутая класса А-IV, R _su = 883 МПа.

Решение теплотехнической задачи

1 Определяем значение максимального изгибающего момента в плите:

М = ,

где b — ширина сечения ПК, м;

l — длина ПК, м;

qp — нагрузка на ПК, Н/м.

М = = = 24.16

• 10 ³ Нм.

2 Определяем рабочую высоту сечения плиты:

h ₀ = h — r_s — д,

где h — высота сечения ПК, м;

r _s — радиус растянутой арматуры плиты, м;

• д — толщина защитного слоя бетона до низа растянутой арматуры, м.

h ₀ = h — r_s — д = 0.22 — 0.0057 — 0.02 = 0.194 м.

3 Определяем коэффициент условий работы при пожаре г _{s , T} растянутой арматуры:

г _{s , T} = / (1 — ),

где A _s — суммарная площадь арматур, м² ;

R _su — сопротивление арматуры, МПа;

R _bu — сопротивление бетона, МПа.

г _{s , T} = / (1 — ) = =/(1 — )= 0.46

4 Определяем значение критической температуры прогрева T ^cr растянутой арматуры плиты:

Согласно таблица 9.3.7, разд. 9.3 [2] для стали класса А-IV при г _{s , T} = 0.3, методом интерполяции получаем:

T ^cr = 550 + = 563 єС.

5 Определяем значение среднего диаметра растянутой арматуры плиты:

d _s = ,

где A _{s , j} — площадь j — ой арматуры, м² .

d _s = = []·= 0.0116 м.

Решение прочностной задачи

1 Определяем значение предела огнестойкости сплошной железобетонной плиты по признаку «R» — потере несущей способности:

ф _{f . r} = ()² ,

где б _red — приведенный коэффициент температуропроводности;

ц ₁ , ц₂ — коэффициенты, учитывающие длительность загружения, гибкость и характер армирования.

ф _{f . r} = ()² = =()² = 1.93 = R115.

Согласно таблица 9.3.2 и таблица 9.3.3 [2], при с = 2350 кг/м ³ имеем:

б _red = 0.00133 м² /ч;

ц ₁ = 0.62; ц₂ = 0.5.

2 Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной многопустотной плиты по признаку «R» — потере несущей способности:

ф ^пуст = ф_{f . r} · 0.9,

ф ^пуст = ф_{f . r} · 0.9 = 1.68 ·0.9 = R 100.

3 Определяем искомое значение предела огнестойкости заданной пустотной плиты по признаку «I» — потере теплоизолирующей способности:

Определяем приведенную толщину плиты:

h _red = = ,

где А _П — площадь пустот в плите, м² .

h _red = = = = 0.091 м.

Определяем искомое значение предела огнестойкости теплоотвода с необогреваемой поверхности плиты, согласно таблица 9.3.10 [2] получаем:

при h _red = 0.091 м ф_f.r ? I90

Окончательно принимаем наименьшее из двух полученных значений « R »: REI100.

Вывод: Панель перекрытия ПК 4.5-58.12 соответствует установленному пределу огнестойкости REI45 для зданий и сооружений имеющих степень огнестойкости II.

6. Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны КСР

Расчет предела огнестойкости железобетонной колонны по признаку «R» — потере несущей способности.

Дано:

Железобетонная колонна КСР — 442-29, сечением 0.4Ч0.4 м, расчетная длина колонны l _р = 4.2, нормативная нагрузка на колонну N_H = 290 т.

Бетон: класса В15, R _bu = 22 МПа.

Арматура: класса А-III, R _su = 433 МПа.

б _red = 0.00133 м² /ч, ц₁ = 0.65; ц₂ = 0.5 при с = 2350 кг/м³ , = 500 єC.

Решение теплотехнической задачи

1 Выбираем схему температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рисунок 2) и рассмотрим его воздействие в момент времени ф ₁ = 1 ч.

Расчетная схема 1: 1; 2; 3; 4 — номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны

2 Определяем температуру прогрева арматуры Т _s колонны в первый расчетный момент времени воздействия пожара ф = 1 ч.

В силу симметричности сечения колонны и воздействия пожара на нее (рисунок 2), рассмотрим один из четырех крайних арматурных стержней, расположенный между обогреваемыми поверхностями «1» и «4».

Определяем толщину начавшего прогреваться слоя бетона; м:

l = ,

где б _red — приведенный коэффициент температуропроводности, ф — время:

l == 0.126 м.

Определяем параметр, который определяется при определении температуры прогрева арматуры:

= Y _i + ,

где Y _i — расстояние от i — ой обогреваемой поверхности до ближайшего к ней края арматуры, м;

d _s — диаметр арматуры, м;

б _red — приведенный коэффициент температуропроводности;

ц ₁ , ц ₂ — коэффициенты, учитывающие длительность загружения, гибкость и характер армирования колонны.

== Y _i + =(50 -20)·10^-3 += =0.073 м, ==Y _i += = (400-50-20)·10^-3 + =0.373 м.

Определяем значение параметра r:

r _i = / l ? 1,

r ₁ = r ₄ = 0.073 / 0.126 = 0.58,

r ₂ = r ₃ = 0.373 / 0.126 = 2.96 > 1, то принимаем r ₂ = r ₄ = 1.

Определяем значение температуры прогрева арматуры Т _s при ф = 1 ч:

Т _s (ф =1) = 1220-1200·[1 — (1 — r₁ )² — (1 — r₂ )² ]·[1 — (1 — r₃ )² — (1 — r₄ )² ],

Т _s (ф=1) =1220-1200·[1 — (1-0.58)² — (1-1)² ]·[1 — (1-0.1)² — (1-0.58)² ] = =406 єC.

Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре г _{s , T} арматуры колонны при ф = 1 ч.

Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А — III имеем:

при Т _s (ф = 1) = 406 єC. г_{s , T} = 1.0.

3 Определяем площадь бетона колонны, сохраняющего свою прочность в первый расчетный момент времени воздействия пожара ф = 1 ч.

Определяем значение параметра r для середины обогреваемой поверхности:

r = (h / 2 + ) / l,

r = (0.2 + 0.024) / 0.126 = 1.7.

Так как r > 1, то принимаем r = 1 и, соответственно, параметр w = 1.

Определяем значение параметра r ₃ :

r ₃ = 1 — ,

где — критическая температура прогрева бетона колонны, єС.

r ₃ = 1 — = 1 — = 0.373.

Определяем значение толщины критически прогретого слоя бетона у середины прогреваемой поверхности:

= r ₃ ·l — ,

= 0.373·0.126 — 0.024 = 0.025 м.

Определяем значение С:

С = h / 2 — ,

С = 0.2 — 0.025 = 0.175.

Определяем значение параметра r в углу колонны:

r _у = 1 — ,

r _у = 1 — = 0.52.

Определяем значение в углу колонны:

= r ·l — ,

= 0.52·0.126 — 0.024 = 0.044 м,

и соответственно определяем значение b:

b = h / 2 — ,

b = 0.2 — 0.044 = 0.156 м.

Определяем значение поправки ш:

Ш = b / C — 0.2,

где ш — поправка на дополнительное увеличение толщины прогретого слоя материала в углах сечения.

Ш = b / C — 0.2 = 0.156 / 0.175 — 0.2 = 0.69,

Тогда рабочая площадь бетона колонны на момент времени воздействия пожара ф = 0.5 ч будет равна:

А = ш

• (2
• C) ² ,

А = 0.69·(2·0.175) ² = 0.084 м² ,

а сторона рабочего сечения бетона будет равна:

h _b ( ф = 1) = ,

h _b ( ф = 1) = 0.28 м.

Решение прочностной задачи

1 Определяем значение коэффициента продольного изгиба колонны ц (ф = 1 ч), с учетом уменьшения рабочего сечения бетона колонны при воздействии пожара.

Согласно таблица 9.3.9 (Б) [2] имеем:

где l — расчетная длина колонны, м.

= = 15.0; ц = 0.91.

2 Определяем значение коэффициента условий работы при пожаре г _{s , T} арматуры колонны при ф = 1 ч.

Согласно таблица 9.3.7 [2], для стали класса А — III имеем:

при Т _s (ф = 1) = 406 єC. г_{s , T} = 1.0.

3 Определяем несущую способность Ф (ф = 1) колонны в момент времени воздействия пожара ф = 1:

Ф (ф = 1) = ц·(R _s,u

• г_s,T

• A_s,tot + R_b,u

• A),

где A _{s , tot} — суммарная площадь арматур, м² ;

R _su — сопротивление арматуры, МПа;

R _bu — сопротивление бетона, МПа;

A — рабочая площадь бетона колонны, м ² ;

• Ф(ф) — несущая способность конструкции на момент времени ф воздействия пожара, Н.

Ф (ф = 1) = ц·(R _s,u

• г_s,T

• A_s,tot + R_b,u

• A) = 0.91 (433
• 3.14
• 4
• 0.01² + 22

• 0.084)·10⁶ = 2,17·10⁶ Н.

Расчеты для несущей способности Ф (ф = 2) колонны в момент времени воздействия пожара ф = 2 ч. получаются аналогичные, что и для температурного интервала ф = 1 ч., поэтому данные сведем в таблицу 1.

Расчетные данные для колонны КСР — 442 — 29

Время воздействия пожара
Значения	ф = 1 ч	ф = 2 ч
l, м	0.126	0.178
Т s , єC	406	710
r	1.7	1.25
w	1	1
r 3	0.373	0.373
, м	0.025	0.042
С	0.175	0.158
r у	0.52	0.52
, м	0.044	0.068
b, м	0.156	0.132
ш	0.69	0.63
А, м 2	0.084	0.062
ц	0.91	0.87
г s , T	1.0	0.15
Ф(ф), 10 6 Н	2.17	1.55

Зависимость несущей способности исходной центрально сжатой железобетонной колонны от времени

Вывод: Cогласно расчетам железобетонная колонна КСР — 442-24 не соответствует требованиям СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» [4] (степень огнестойкости здания І, R120), поскольку нормативное время воздействия пожара на колонну составляет 120 мин, а расчетное 50 мин. Следовательно, необходимо заново рассчитать предел огнестойкости колонны в соответствии с требованиями.

7. Создание новой колонны в соответствии с требованиями СНиП 21

В целях соответствия новой колонны требованиям СНиП 21-01-97* и увеличения предела ее огнестойкости, повышаем класс бетона с заданного В15 до В50.

Дано:

Железобетонная колонна КСР — 442-29, сечением 0.4Ч0.4 м, расчетная длина колонны l _р = 4.2, нормативная нагрузка на колонну N_H = 290 т.

Бетон: класса В60, R _bu = 43 МПа.

Арматура: класса А-III, R _su = 433 МПа.

б _red = 0.00133 м² /ч, ц₁ = 0.65; ц₂ = 0.5 при с = 2350 кг/м³ , = 500 єC.

Решение:

Cхема температурного воздействия пожара на колонну и расчетные моменты времени его воздействия ф = 1 и ф =2.

Принимаем четырехстороннее воздействие пожара на колонну (рисунок).

Расчетная схема 3: 1, 2, 3, 4 — номера обогреваемых пожаром поверхностей сечения колонны

Аналогично п. 2.3 проводим расчеты предела огнестойкости колонны для арматурных стержней, полученные результаты сведем в таблицу 2.

Расчетные данные для новой колонны КСР — 442-24

Время воздействия пожара
Значения	ф = 1 ч	ф = 2 ч
l, м	0.126	0.2
= , м	0.073	0.073
= , м	0.373	0.373
r 1 = r 3	0.58	0.41
r 2 = r 4	2.96	2.09
Т s , єC	406	710
r	1.7	1.25
w	1	1
r 3	0.373	0.373
, м	0.025	0.042
С	0.175	0.158
r у	0.519	0.52
, м	0.0235	0.068
b, м	0.156	0.132
ш	0.69	0.63
А, м 2	0.084	0.062
ц	0.96	0.87
г s , T	0.98	0.15
Ф(ф),·10 6 Н	3.78	2.38

Зависимость несущей способности новой центрально сжатой железобетонной колонны от времени

Вывод: Железобетонная колонна КСР-442-29 изготовленная из бетона марки B60 будет соответствовать пределу огнестойкости R90 для зданий и сооружений имеющих степень огнестойкости II.

Заключение

В данном курсовом проекте была проведена работа по расчету пределов огнестойкости железобетонных конструкций: панели перекрытия ПК 6 — 58.12 по потере несущей способности (R), и колонны среднего ряда КСР — 442 — 29 по потере несущей способности (R).

Для каждого из элементов были рассчитаны две задачи теплотехническая и прочностная. В ходе решения этих задач было установлено: панель перекрытия имеет предел огнестойкости R90, что соответствует требованиям СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и подлежит эксплуатации.

Предел огнестойкости колонны среднего ряда при заданных параметрах получился значительно ментше R90 для данного типа колонн, что говорит о ее непригодности к эксплуатации и несоответствии с требованиями СНиП 21-01-97*. Были приняты меры по выполнению нормы предела огнестойкости 120 мин, для чего потребовалось повысить класс бетона при изготовлении колонны до В60, при ранее заданном В15.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/pojarnaya-bezopasnost-zdaniy-i-soorujeniy/

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. — М.: Стройиздат, 1984. — 452 с.;

2. Демехин В.Н., Мосалков И.Л., Плюснина Г.Ф. и др. Сооружения, здания и их устойчивость при пожаре. Учебное издание — М.: 2003. — 656 с.;

3. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. — М.: Пожарная безопасность и наука, 2001. — 382 с.;

4. СНиП 2.03.01-84 ^* Бетонные и железобетонные конструкции;

5. СНиП 21.01-97 ^* Пожарная безопасность зданий и сооружений;

6. Венедиктов Г.С. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1998. — 760 с.

7. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для ВУЗов. Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова. — 5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986.-543 с., ил.