Способы определения фактических пределов огнестойкости конструкций способы

Определение огнестойкости строительных конструкций

Огнестойкость строительных конструкций – способность тех или иных конструкций зданий, сооружений выдерживать воздействие высоких температур и открытого огня без потери эксплуатационных свойств и необратимых разрушений. Это время от начала теплового воздействия до наступления одного из предельных состояний.

Среди главных свойств, характерных для наступления предельного состояния элемента, стоит отметить:

• Потерю теплоизолирующей способности
• Утрату целостности
• Нарушение несущей конструкции

Обозначение предела огнестойкости

Существует ряд условных обозначений, регламентированных отечественным законодательством. Устанавливается, что при огнезащите класса EI объект способен выдержать температуру до 180 градусов с обратной холодной стороны, которая не взаимодействует с открытым пламенем.

Пределы огнестойкости строительных конструкций обозначаются следующими показателями:

• Потеря целостности – Е
• Утрата несущей способности – R
• Максимальный уровень плотности теплового потока на расстоянии от необогреваемой части изделия – W
• Потеря теплоизолирующей способности ввиду роста температурного режима необогреваемого элемента объекта до предельных значений – I
• Дымогазонепроницаемость конструкции – S

При расчете степени устойчивости к воздействию огня учитываются следующие факторы:

• Наличие слоев. Материалы, имеющие несколько слоев, отличаются улучшенными теплоизоляционными параметрами
• Воздушные прослойки. Изделия с наличием такого компонента в составе имеют уровень огнестойкости на 10% выше по сравнению с аналогичными товарами, без прослойки
• Направление теплового потока. Этот фактор принимают во внимание при расположении защитных слоев

Зачем определять огнестойкость строительных конструкций

Определение предела огнестойкости строительных конструкций необходимо для того, чтобы:

здания, сооружения, постройки и иные объекты строительства соответствовали действующим требованиям ПБ;

разрабатывать эффективные мероприятия по пожарной безопасности для минимизации человеческих жертв и потерь материально-технического обеспечения в случае возгораний;

определять оптимальные пути эвакуации, размещение эвакуационных планов и знаков;

выбирать подходящие материалы и способы установки инженерных коммуникаций на объектах;

подбирать соответствующие системы автоматического пожаротушения, дымоудаления, аварийного освещения и пожарной сигнализации.

Какие материалы проверяют на огнестойкость

При проведении испытаний пределы огнестойкости определяются для материалов:

наружных несущих, ненесущих стен, колонн, плит перекрытий;

лестничных клеток, ферм;

Пределы огнестойкости дерева и железобетонных конструкций

В строительстве жилых, коммерческих, производственных объектов основными материалами являются дерево, железобетонные и металлические конструкции. Поэтому именно для них проводят испытания в первую очередь.

Температура самовоспламенения дерева составляет 350 ℃. Предельные и промежуточные и состояния деревянных конструкций наступают при следующих температурах:

110 ℃ – нагрев и удаление жидкости из древесины (как естественной влажности, так и сухой).

150 ℃ – изменение цвета (поверхность желтеет), активное выделение летучих веществ, включая смолы и др.

150-250 ℃ – обугливание, признаки достижения предела огнестойкости строительных конструкций из дерева.

350-450 ℃ – активное выделение продуктов разложения.

В общем случае выделяют 2 фазы горения: разложение с пламенным горением и тление.

При воздействии открытого огня скорость обугливания дерева может достигать 1 мм/мин, что приводит к быстрому уменьшению сечения элементов, потере прочности. Важно учитывать тип деревянных строительных конструкций, поскольку поведение однородной древесной массы, клееных армированных балок и древесных плит существенно различается при пожаре.

Для повышения предела огнестойкости деревянных строительных конструкций поверхность традиционно обрабатывают материалами с низкой теплопроводностью (гипсовая, цементная штукатурка), пропитками (антипрены) или обшивают, оклеивают минеральной ватой, асбестоцементными листами, покрытиями ВПД.

Железобетонные конструкции имеют большие пределы огнестойкости, но при длительном воздействии высоких температур и открытого огня происходит потеря эксплуатационных характеристик и разрушение. Это связано со следующими факторами:

Снижение прочности вследствие нагрева поверхности;

Тепловое расширение арматуры, закладных деталей и последующей деформации стали;

Образование трещин и сквозных отверстий;.

Потеря теплоизолирующей способности.

Негорючие материалы

Среди строительных конструкций есть ряд негорючих материалов, т.е. таких, которые не поддерживают пламенное горение. К ним относятся:

Вещества, используемые для получения кладочных растворов и штукатурки – гипс, известь, цемент.

Кровля и гидроизоляция – асбестоцементная, натуральная керамическая черепица, шифер.

Стеновые материалы для несущих, ненесущих стен – кирпич, монолитный бетон, железобетонные плиты.

Теплоизоляционные материалы – минеральная вата, ячеистые бетоны (пено-, газобетоны) и пр.

Материалы отделки, облицовки – облицовочный кирпич, керамические, керамогранитные плиты и др.

Степени огнестойкости

Степень огнестойкости зданий и сооружений – показатель, определяемый в соответствии с Федеральным законом РФ № 123-ФЗ от 22.08.2008 г. на основании материалов, используемых для строительства этих зданий и сооружений.

Выделяют 5 категорий по степени огнестойкости:

Железобетонные конструкции, штучный натуральный или искусственный камень.

Сооружение из ж/б изделий, камня без огнезащиты для стропильных систем.

Древесина, ж/б конструкции, штучный камень для плит перекрытий, стропильных систем с пропиткой антипренами, нанесением штукатурки.

Деревянные объекты строительства со штукатуркой и грунтовкой древесины.

Строительные объекты без установленного предела огнестойкости.

Показатели огнестойкости

Показатели огнестойкости выявляются после огневых испытаний. Одним из ключевых критериев оценки служит потеря целостности конструкции.

При исследовании материалов специалисты проводят следующие работы:

• Оценка теплоизолирующей способности. Изучаются характеристики слоистых ограждающих конструкций, элементов с воздушной прослойкой, с несимметричным расположением слоев. Определяется скорость увеличения влажности, прогрева, разрушения материала
• Анализ несущей способности объектов разной толщины и размеров при увеличении нагрузки

Испытания на огнестойкость

Проведение испытаний подразумевает определение следующих важных значений:

• Время наступления предельных состояний и их характеристики
• Температура необогреваемой поверхности конструкции
• Степень деформации несущих элементов
• Избыточное давление
• Момент появления пламени необогреваемой поверхности
• Время возникновения дыма, трещин, отверстий, отслоений, их характер и размеры
• Предельные состояния (потеря несущей способности, целостности, теплоизолирующих свойств)

Способы увеличения предела огнестойкости

Повысить огнестойкость можно посредством:

• Облицовки несгораемыми материалами (глиняным кирпичом)
• Нанесения специальных огнезащитных покрытий, включая обмазки и краски с термореактивным эффектом
• Наполнения полых элементов водой. Применение водяных завес подразумевает циркуляцию жидкости во внутренних полостях изделия
• Установки защитных экранов. Подвесные потолки часто закрывают несгораемыми плитами. Применяется листовые панели и сайдинг
• Прессования древесины для повышения плотности и прочности материала

Источник

Определение огнестойкости конструкций

Огнестойкость строительных конструкций – это один из параметров, показывающих способность материалов и сооружений противостоять высоким температурам и открытому огню. Он рассчитывается еще на этапе проектирования объекта и считается ключевым показателем при составлении противопожарного паспорта на здание.

При определении огнестойкости строительных конструкций и материалов ключевое значение имеет предел или временной промежуток, в течение которого сохраняется устойчивость к пламени или высоким температурам. В расчетах этот показатель измеряется в минутах и всегда указывается в названии материала, используемого в строительстве.

Необходимость определения степени огнестойкости строительных конструкций

Главными характеристиками при определении огнестойкости считаются:

• потеря теплоизолирующей способности;
• граница утраты целостности;
• разрушение несущей конструкции.

Зная параметры материалов, специалисты при проектировании сооружений рассчитывают:

• прокладку инженерных сетей: водопроводов; воздуховодов, электросетей и системы газоснабжения;
• прокладку системы пожаротушения: ее мощность, тип, вид устройства комплекса аварийного оповещения, сигнализации, системы дымоудаления.

Нормативная база

Необходимость классификации строительных конструкций по огнестойкости определена Федеральным законом № 123-ФЗ от 22.07.2008 года «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (ст. 28, 52, 58). В нем сказано, что учет при строительстве предела огнестойкости – один из способов защиты людей и имущества от опасных факторов пожара. Применение соответствующих функциональному назначению объекта материалов строительства и отделки повышает степень устойчивости к огню всего здания. Класс пожарной опасности сооружения должен обеспечиваться именно за счет конструктивных решений.

Правовой базой для расчетов считаются также Федеральный закон № 384-ФЗ от 30.12.2009 года «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», а также Градостроительный кодекс РФ № 190-ФЗ от 29.12.2004.

Непосредственный расчет предела огнестойкости и распространения огня ведут на основании документов:

• СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты (в редакции Изменения № 1).
• СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям.
• ГОСТ 30247.0 – 94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.
• ГОСТ 30247.1 – 94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.
• ГОСТ Р 53295-2009 Пожарная опасность веществ и материалов. Материалы, вещества и средства огнезащиты. Идентификация методами термического анализа.
• ГОСТ Р 53295-2009 Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.
• СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах.
• СП 28.13330.2012 СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

Как обозначают предел огнестойкости

Огнестойкость измеряется в минутах или часах. Временной промежуток отмеряют от начала воздействия огня на поверхность и до проявления одного из предельных показателей несущей способности. Для маркировки приняты условные обозначения:

• R – потеря несущей способности;
• Е – потеря целостности;
• I – потеря теплоизолирующей способности;
• W – предельная плотность теплового потока;
• S – предельная дымогазонепроницаемость.

При классификации учитывают:

• количество теплоизоляционных слоев и их характеристики;
• наличие воздушных прослоек, которые повышают общую огнестойкость на 10%;
• направление теплового потока при расположении защитных слоев.

Для каких материалов рассчитывают предел распространения огня по строительным конструкциям

Способность сопротивления огню учитывают при проектировании всех строительных сооружений, а также их отдельных элементов. Обязательным для расчетов считаются чердачные помещения, лестничные клетки, фермы, балки, настилы, стены, перекрытия.

Дерево

Дерево считается одним из самых сложных материалов. Предел его огнестойкости определяют по времени от начала воздействия пламени на поверхность до появления воспламенения. При расчете учитывают температуру изменения физического состояния материала:

• 100°С – удаление влаги из тканей с выделением газов;
• 150°С – пожелтение поверхности и выделение летучих веществ;
• 250°С – обугливание;
• 300°С – разложение;
• 400-450°С – самовоспламенение.

Чтобы повысить огнестойкость дерева, применяют:

• штукатурку слоем от 2 см;
• покрытие поверхности составами;
• пропитку антипиренами.

Зависимость времени разрушения древесины от способа защиты.

Огнезащита	Время, мин.
Без покрытия и пропитки антипиренами	4
Гипсовая штукатурка 10-12 мм	30
Цементная штукатурка по металлической сетке 10-12 мм	30
Полужесткая минеральная плита 70 мм	35
Асбоцементные плоские листы 10-12 мм	20
Вспучивающиеся покрытия	8

Метод определения пределов огнестойкости строительных деревянных конструкций основан на расчете теплотехнической и прочностной задач. Первая заключается в учете времени от начала воздействия огня на поверхность до полного воспламенения древесины, а также в определении изменения рабочего сечения дерева.

Решение прочностной задачи при расчете предела для деревянных конструкций – это измерение изменений напряжений в расчетных сечениях по сравнению с нормативными значениями при изменении рабочих сечений по мере обугливания материала. Также при решении этой задачи проверяют условия прочности при воздействии нормативных нагрузок при изменении напряжения в течение времени горения.

Железобетон

Ключевые условия для наступления предела огнестойкости железобетона:

• снижение степени прочности при повышении температуры;
• тепловая деформация арматуры;
• появление сквозных трещин;
• снижение и полная потеря теплоизолирующей способности.

В основе определения огнестойкости железобетонных конструкций лежат параметры:

• тип арматуры;
• диапазон эксплуатационных нагрузок;
• геометрические показатели конструкции;
• использование и толщина защитных слоев;
• категория влажности бетона.

Минимальные пределы огнестойкости имеют изгибаемые железобетонные элементы, покрытые тонким слоем бетона. При повышении температуры и под воздействием прямого огня возникает тепловая деформация арматуры с последующим ее разрушением.

Чтобы определить предел огнестойкости строительных конструкций, пользуются таблицей фактических показателей.

Металл

Критические показатели незащищенных стальных конструкций находятся в диапазоне R10-R15, а для алюминиевых – R6-R8. Предел для колонн массивного сплошного сечения – R45. Незащищенные металлические конструкции допустимо применять при показателях R15 (RE15, REI15).

У незащищенного металла из-за повышенной теплопроводности и низкой теплоемкости внутренняя температура быстро достигает критических показателей с последующим снижением общей прочности и устойчивости к нагрузкам.

Показатели критической температуры прогрева металлических конструкций при нормативной эксплуатационной нагрузке.

Материал	Температура, °С
Углеродистая сталь Ст3-5	470
Низколегированная сталь 25Г2С	550
Низколегированная сталь 30ХГ2С	500
Сплав на основе алюминия АМг-6	225
Сплав на основе алюминия АВ-Т1Д1Т	250
Сплав на основе алюминия Д16ТВ92Т	165

При необходимости повысить предел более R15 используют метод облицовки металла несгораемыми материалами, а также нанесения защитных покрытий.

Источник