Раздел 5.4. Огнестойкость строительных конструкций
5.4.1. Понятие огнестойкости строительных конструкций и методы её определения
Строительные конструкции, выполненные из органических материалов, являются одним из компонентов горючей системы и способствуют возникновению и распространению пожара. Конструкции, выполненные из неорганических материалов, не горят, но аккумулируют значительную часть теплоты (до 50%), выделяющуюся при пожаре. При определённой дозе аккумулированной теплоты, прочность конструкций падает и происходит их обрушение. Так, металл, который может нести значительные нагрузки десятки лет, при достижении критических температур 470-500 °С разрушается.
Под огнестойкостью строительных конструкций понимается их способность сохранять несущую и ограждающую способность. Показателем огнестойкости строительных конструкций является предел огнестойкости – время (в часах, минутах) от начала испытания (пожара) конструкции до возникновения одного из следующих признаков:
а) появление трещин;
б) повышения температуры на её необогреваемой поверхности в среднем на 140 °С или в любой точке этой поверхности более чем на 180 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания или более 200 °С независимо от температуры конструкции до испытания;
в) потери несущей способности.
Наиболее распространённый и надёжный метод определения предела огнестойкости экспериментальный. Сущность метода (стандарт СЭВ 1000-78) заключается в том, что конструкцию подвергают нагреву в специальных печах с одновременным воздействием нормативных нагрузок.
Многочисленные исследования реальных пожаров показали, что в их развитии можно выделить характерные этапы и стандартизировать режим «температура - время». В 1966 г. Международной организацией по стандартизации для испытания строительных конструкций по экспериментальному методу была введена стандартная температурная кривая для характеристики температурного режима. Зависимость повышения температуры от времени можно представить уравнением:
(5.3)
где: Тn – температура пожара, К; τ – время горения, мин.
При испытаниях по экспериментальному методу отклонения температур от данных, полученных по формуле 5.27, допускаются в течение первых 30 мин и ± 5% – в последующее время испытаний.
Иногда формулу 5.27 модернизируют вводом дополнительных параметров, учитывающих начальную температуру пожара:
(5.4)
где: t0 – начальная температура конструкции, К.
Однако экспериментальный метод имеет существенные недостатки. Испытания по этому методу требуют проведения громоздких и дорогих опытов, что затрудняет, в некоторых случаях, своевременно оценить огнестойкость различных видов новых строительных конструкций.
Теоретический путь является более перспективным и экономичным. Поэтому у нас в стране получают развитие расчётные методы оценки огнестойкости. Сущность расчёта в общем виде сводится к оценке распределения температур, по сечению конструкции в условиях пожара (теплотехническая часть), и вычислению несущей способности нагретой конструкции (статическая часть). Однако теория огнестойкости строительных конструкций ещё недостаточно разработана, поэтому даже опытному конструктору нелегко спроектировать нужную по качеству огнезащиту силовых элементов конструкций. Первая проблема, которую преодолевает инженер-практик на этом пути, заключается в определении характера распределения температур в сечениях материала строительной конструкции через некоторые интервалы времени. Иными словами, он должен решить задачу нестационарного прогрева материала силового элемента в условиях пожара.
Приближённое же решение с необходимой точностью может быть практически всегда найдено численными методами, особенно при использовании вычислительных машин.