Расчёт огнестойкости деревянных конструкций

Расчётный метод [20; 29] позволяет оценить предел огнестойкости конструкций из цельной или клеёной древесины по критерию несущей способности (R) сечений или узлов.

Предел огнестойкости по признаку исчерпания несущей способности сечений элементов t _u складывается, согласно (7.1), из времени t _F от начала температурного воздействия по стандартному режиму до воспламенения древесины (табл. 7.2) и времени t _R от воспламенения до момента, когда напряжения в повреждённом обугливанием сечении достигнут соответствующего расчётного сопротивления, это время и определяют расчётом.

После воспламенения сечение условно делят на две области (рис. 7.2, а,б) – работоспособную (не снизившую прочность) и повреждённую (неспособную воспринимать нагрузку). Скорость обугливания древесины v принимают постоянной, и зависимость глубины обугливания z от времени нагрева t приобретает линейный характер: z = t v. Глубина повреждённой области z в рассматриваемый момент времени t составляет

z = v t + 25 мм, (7.3)

где ­ v – скорость обугливания древесины (табл. 7.4), мм / мин; 25 мм – толщина слоя необуглившейся «неработоспособной» древесины.

 

Таблица 7.4

Скорость обугливания древесины при влажности не более 9% [29]

Наименьший размер сечения, мм	Скорость обугливания древесины v, мм/мин
клеёной	цельной
120 мм и более	0,6	0,8 (0,7)*
менее 120 мм	0,7	1,0
* - по данным Пособия [20]

 

Расчётные сопротивления работоспособной части сечения принимаются одинаковыми по всей её площади и равными средним значениям соответствующих прочностных характеристик при температуре 80°С (табл. 7.5).

Таблица 7.5.

Расчётные сопротивления древесины при оценке огнестойкости [20; 29]

Напряжённое состояние	Обозначение	Расчётные сопротивления для сортов древесины, МПа
Изгиб	Rfm
Сжатие и смятие вдоль волокон	Rfc
Растяжение вдоль волокон	Rft			-
Растяжение поперёк волокон	Rftt	1,1	1,1	-
Скалывание вдоль волокон древесины	цельной	Rfq	3,7	3,2	2,9
клеёной	Rfq	1,3	1,2	1,1

 

Следует заметить, что расчётные сопротивления древесины по огнестойкости оказываются достаточно близкими к нормативным сопротивлениям древесины при нормальной температуре по СП 64.13330.2011[59] (кроме сопротивления скалыванию вдоль волокон клеёной древесины).

Напряжения в сечении в заданные моменты времени t определяют по обычным формулам, но с использованием геометрических характеристик работоспособной части сечения (A_t, W_t, S_t, J_t):

при растяжении

; (7.4)

при сжатии

; (7.5)

при изгибе

; , (7.6)

где j _t – коэффициент продольного изгиба элемента при нагреве; m_i – коэффициенты условий работы по СП 64.13330.2011.

По найденным значениям строится график роста напряжений во времени нагрева (рис. 7.2,в). Время, при котором какое-либо напряжение достигнет соответствующего расчётного сопротивления, принимается в качестве t _R в формуле (7.1).

 

 

в)

б)

а)

z

z

z = v t + 25 мм

t > t F

t = t F

s, МПа

Rf

s(t)

s0

t F

0 t1 t2 t3 t, мин

t R

 

Рис. 7.2. Расчётная оценка предела огнестойкости деревянной конструкции; а, б – сечение, повреждённое обугливанием; в – возрастание напряжений при нагреве до величины расчётного сопротивления

Пример 7.1. Подобрать высоту сечения дощатоклеёной балки покрытия с пределом огнестойкости R30.

Пролёт балки L = 12 м; шаг балок l = 6 м; сечение балки: прямоугольное, постоянной высоты, ширина b = 15 мм; материал – сосна II сорт (расчётные сопротивления R _и = 15 МПа; m _б = 0,9 при h = 80 см; R _ск = 1,5 МПа). Нагрузки: полная расчётная p = 2,56 кН/м²; нормативная длительная p_nl = 1,30 кН/м² (табл. 7.6).

Таблица 7.6.

Нагрузки на покрытие

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка рn, кН/м^2	gf	Расчётная нагрузка р, кН/м^2
постоянная – от собственного веса конструкций:	клеефанерной панели покрытия	0,30	1,1	0,330
кровли	0,20	1,3	0,260
балки покрытия	0,15	1,1	0,165
Итого постоянная нагрузка:	0,65	-	0,755
временная – снеговая (Моск. обл.)	полное значение	1,8/1,4 = 1,30	1,4	1,8
длительно действующая	0,5·1,30 = 0,65	-	-
ИТОГО:	полная нагрузка	-	-	0,755+1,8 = 2,555
длительная нагрузка	0,65 + 0,65 = 1,30	-	-

 

Уровень нагружения балки при расчёте огнестойкости:

h = р_nl / р = 1,3/2,555» 0,5.

Внутренние усилия в балке определяюися в табл. 7.7.

Таблица 7.7.

Нагрузки и усилия

Нагрузки, усилия	При действии длительной нормативной нагрузки	При действии полной расчётной нагрузки
q = p · l, кН/м	qnl = 1,3·6 = 7,8	q = 2,555·6 = 15,4
М = (q · l ^2)/8, кН·м	Mnl = (7,8·12^2)/8 = 140,4	M = (15,4·12^2)/8 = 280,8
Q = (q · l)/2, кН	Qnl = (7,8·12)/2 = 46,8	Q = (15,4·12)/2 = 93,6

 

Требуемая высота поперечного сечения при нормальных условиях:

.

Скорость обугливания клеёного элемента при b > 120 мм определяем по табл. 7.4: v = 0,6 мм/мин = 0,06 см/мин.

Глубина повреждённой области z в момент времени t = 30 мин по формуле (7.3) составляет z = t v + 2,5 см = 30·0,06 + 2,5 = 4,3 см.

Расчётная ширина сечения при нагреве

b_t = b – 2 z = 15 – 2·4,3 = 6,4 см.

Расчётные сопротивления древесины при нагреве определяем по табл. 7.5.

Требуемая высота поперечного сечения при нагреве:

В итоге получаем, что для обеспечения предела огнестойкости балки R30 её высота должна составлять (при ширине 15 см) не менее 96 см, причём определяющей является проверка по касательным напряжениям при нагреве.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сложившаяся в нашей стране система противопожарного нормирования носит преимущественно «жёсткий», детерминированный характер. Неопределённость сведений о развитии пожара в здании, динамике нарастания его опасных факторов, продолжительности эвакуации и спасения людей долгое время заставляли устанавливать требования к огнестойкости и пожарной опасности конструкций, а также к другим элементам системы противопожарной защиты исходя из некоторых условных (возможно, завышенных), критериев, назначаемых волевым порядком, на основе субъективного опыта нескольких специалистов.

К достоинствам детерминированного подхода можно отнести относительную простоту его использования, высокую степень завершённости и однозначности решения задач оценки пожарной опасности объектов.

«Жёсткие» противопожарные требования являются строго предписывающими, излишне конкретизированными и достаточно сложными для восприятия. Недостаточная обоснованность, а иногда и противоречивость отдельных требований приводят к разногласиям между проектировщиками и органами пожарного надзора при согласовании проектных решений.

Новые архитектурно-планировочные решения, инновационные строительные технологии, материалы и конструкции, непрерывно совершенствующиеся системы предупреждения, обнаружения и тушения пожаров долгое время не находят отражения в «жёстких» противопожарных нормах. Всё это приводит к неоправданному завышению стоимости зданий или недооценке их реальной пожарной опасности.

По мере развития теории и методов расчёта пожарных рисков на смену «жёсткому» противопожарному нормированию приходит «гибкое», или объектно-ориентированное, нормирование, направленное на

· гармонизацию противопожарных требований и пожарно-технических показателей с требованиями зарубежных норм.

· повышение вариантности противопожарной защиты зданий и сооружений с учётом специфики объектов, особенностей развития строительной индустрии, появления инновационных строительных материалов и технологий.

· оптимизацию соотношения затрат на противопожарную защиту зданий и сооружений с ожидаемым уровнем защиты.

«Гибкое» нормирование, основанное на количественной оценке пожарных рисков, изменяет характер противопожарных требований от «набора рецептов защиты» к формулированию целей защиты, способствует лучшему пониманию сущности систем обеспечения пожарной безопасности, развитию вариантного проектирования и расчётного моделирования, строительству более безопасных и экономичных зданий.

 

ЛИТЕРАТУРА

Нормативно-правовые акты РФ

1. Федеральный закон РФ от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2. Федеральный закон РФ от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

3. Федеральный закон РФ от 21 декабря 1994 г. N 69-ФЗ «О пожарной безопасности» (в ред. от 29.12.2010).

Нормативные документы

4. СП 1.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы / ФГУ ВНИИПО МЧС России (с изм. №1 от 09.12.2010).

5. СП 2.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты / ФГУ ВНИИПО МЧС России.

6. СП 4.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объёмно-планировочным и конструктивным решениям / ФГУ ВНИИПО МЧС России.

7. СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности / ВНИИПО МЧС России (с изм. №1 от 09.12.2010).

8. ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

9. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

10. ГОСТ Р 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.

11. ГОСТ Р 53292-2009. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний.

12. СТО 36554501-006-2006. Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций / ФГУП «НИЦ «Строительство».

Справочная литература

13. Корольченко А.Я., Корольченко О.Н. Средства огнезащиты. Справочник. Изд. 2-е. – М.: ПожНаука, 2009. – 560 с.

14. Собурь С.В. Огнезащита материалов и конструкций. – М.: ПожКнига, 2008. – 200 с.

15. Ройтман В.М.Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. – М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. – 382 с.

16. МДС 21.2-2000. Методические рекомендации по расчёту огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций: Второе издание. / НИИЖБ

17. МДС 21.1-98. Предотвращение распространенеия пожара (пособие к СНиП 21-01-97*) / ЦНИИПромзданий. – М., 1998.

18. Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий / ВНИИПО. – М., 1999. – 62 с.

19. Способы и средства огнезащиты древесины (руководство) / ВНИИПО. – М., 1998.

20. Пособие по расчёту пределов огнестойкости стальных и деревянных конструкций / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. – М., 1990.

21. Рекомендации по расчёту пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций / НИИЖБ. – М.: Стройиздат, 1986. – 40 с.

22. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1985. – 56 с.

23. Инструкция по расчёту фактических пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций на основе новых требований строительных норм и правил / ВНИИПО. – М., 1982. – 452 с.

24. Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре / НИИЖБ. – М., 1979.

Научая литература

25. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций // Федоров В.С., Левитский В.Е., Молчадский И.С., Александров А.В. – М.: Изд-во АСВ, 2009. – 408 с.

26. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. – М.: Стройиздат, 1998. – 304 с.

27. Пожарная опасность строительных материалов / А.Н. Баратов, Р.А. Андрианов, А.Я. Корольченко и др.; Под ред. А.Н. Баратова. – М.: Стройиздат, 1988. – 380 с.

28. Яковлев А.И. Расчёт огнестойкости строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1988. – 143 с.

29. Романенков И.Г., Зигерн-Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. – М.: Стройиздат, 1984. – 240 с.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ГЛАВА 1. ПОЖАР В ПОМЕЩЕНИИ. СИСТЕМА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗДАНИЯ 6

1.1. Общие сведения о возникновении и развитии пожара в помещении и в здании.. 6

1.2. Пожарные риски.. 15

1.3. Техническое регулирование в сфере обеспечения пожарной безопасности.. 17

1.4. Система обеспечения пожарной безопасности зданий.. 26

ГЛАВА 2. ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, КОНСТРУКЦИЙ И ЗДАНИЙ.. 29

2.1. Пожарно-техническая классификация строительных материалов. 29

2.2. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций.. 34

2.2.1. Пределы огнестойкости строительных конструкций. 34

2.2.2. Классы пожарной опасности строительных конструкций. 40

2.3. Пожарно-техническая классификация зданий.. 45

2.3.1. Степени огнестойкости зданий. 45

2.3.2. Классы функциональной пожарной опасности зданий. 47

2.3.3. Классы конструктивной пожарной опасности зданий. 50

2.3.4. Категории помещений и зданий по пожарной и взрывопожарной опасности. 51