Определение пределов огнестойкости железобетонных колонн

Определение предела огнестойкости строительных конструкций. Таблица

Пределы огнестойкости строительных конструкций имеют следующие обозначения:

• потеря несущей способности (R);
• потеря целостности (Е);
• потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I);
• достижение предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает:

• при потере целостности (Е),
• теплоизолирующей способности (I),
• достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S).

Внимание: методические материалы для проведения занятий по данной теме по кнопке скачать после статьи!

Степени и пределы

(зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков)

Строительные конструкции бесчердачных покрытий

Строительные конструкции лестничных клеток

Металлических

Испытание предела огнестойкости дверей

Пределы огнестойкости большинства незащищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах: (R10 – R15) для стальных конструкций; (R6 – R8) для алюминиевых конструкций. Исключение составляют колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать R 45, но применение таких конструкций в строительной практике встречается крайне редко.

В случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) указан R15 (RE15, REI15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R8 (СП 2.13130.2012).

Причина столь быстрого исчерпания незащищенными металлическими конструкциями способности сопротивляться воздействию пожара заключается в больших значениях теплопроводности и малых значениях теплоемкости. Высокая теплопроводность металла практически не вызывает температурного градиента внутри сечения металлической конструкции. Это приводит к тому, что при пожаре температура незащищенных металлических конструкций быстро достигает критических температур прогрева металла, при которых происходит снижение прочностных свойств материала до такой величины, что конструкция становится неспособной выдерживать приложенную к ней внешнюю нагрузку, в результате чего наступает предельное состояние конструкции по признаку потере несущей способности (R).

Значения критической температуры Tcr прогрева различных металлических конструкций при нормативной эксплуатационной нагрузке приведены в таблице:

Огнестойкость металла и железобетона

Для количественной оценки устойчивости эксплуатируемых зданий и сооружений к воздействию открытого огня вводится понятие предела их огнестойкости. Оно определяется как время, за которое строительная конструкция теряет свои несущие, теплоизолирующие и прочностные свойства.

Стальной прокат, из которого изготавливаются металлоконструкции, не относится к категории легко сгораемых материалов, но, тем не менее, при термическом нагреве он теряет свои свойства. Указанные изменения приводят к деформации элементов строений, а также к снижению прочностных показателей и разрушению металлического сооружения.

Критические для металла температуры

Под потерей огнестойкости понимается критическое состояние объекта, предшествующее его полному разрушению. По параметру возгораемости все входящие в состав строительных конструкций материалы условно делятся на несгораемые, трудносгораемые и легкосгораемые.

Отличительной особенностью металлоконструкций является быстрая потеря ими своих противопожарных свойств в условиях сильного разогрева, характерного для классической пожарной ситуации.

В связи с этим предел огнестойкости металлических конструкций редко превышает значение 10-20 минут, а конкретная его величина зависит от целого ряда факторов.

В первую очередь она определяется интенсивностью разогрева материала, из которого сделано сооружение. В случае разового или кратковременного воздействия открытого огня, сопровождающегося скачкообразным изменением температуры, металл нагревается не так быстро (в сравнении с окружающим пространством).

При постоянном и медленном нарастании энергии нагрева в очаге пожара металл сопротивляется ему только в течение короткого времени.

По истечении этого временного промежутка его температура выравнивается с окружением. Далее, на рассматриваемый показатель существенное влияние оказывают характеристические размеры отдельных элементов конструкций, а именно приведённая толщина металлов, предел огнестойкости которых подлежит оценке и размеры площади нагрева.

С увеличением характеристических размеров металлоконструкций и уменьшением площади их непосредственного контакта с огнём, скорость повышения температуры снижается.

Ещё одним фактором, определяющим поведение изготавливаемых из металла сооружений и позволяющим поднять порог их огнестойкости, является наличие специальных защитных средств.

Из сказанного следует, что температура нагрева металлических конструкций при пожаре может принимать произвольные значения. А для оценки состояния сооружения необходим какой-то фиксированный параметр, определяющий снижение прочностных свойств металла с его накаливанием.

Для этого и вводится специальный температурный показатель (коэффициент), по достижении которого граница прочности металла в нагретом состоянии уменьшается до предельно низкой величины. Приведшее же к этой ситуации значение температуры называется критическим.

Причины разрушения (снижения прочности)

Основная причина снижения прочности металлоконструкций при пожаре – длительное воздействие критических температур. В результате этого разрушаются нормальные связи между элементами всей конструкции с одновременным ослаблением межмолекулярных металлических связей (вследствие плавления).

Среди факторов, способствующих разрушению стальных конструкций, особо выделяются:

• высокая теплопроводность, объясняемая образованием во время пожара так называемого «электронного газа»;
• обезуглероживание поверхностного слоя металлических заготовок, способствующее возникновению в нём нагрузок растягивающего типа;
• большой перепад температур по сечениям каркасных оснований и перекрытий из металла, приводящий к появлению критических напряжений.

При подготовке решений по защите конструкций от термических воздействий во время пожара все эти факторы должны учитываться в единой связке.

Нормативные требования

Степени и предельные значения показателей огнестойкости металлических сооружений регламентируются действующими нормативными актами (Федеральным законом, в частности).

На основании этого документа все известные виды металлоконструкций по предельным состояниям входящих в их состав элементов и способности противостоять распространению пожара классифицируются по следующим признакам:

1. «R» – потеря балками, фермами, рамами или колоннами их начальной несущей способности.
2. «E» – нарушение целостности металлической конструкций (чаще всего используется для оценки состояния наружных стен).
3. «I» – снижение теплоизолирующих свойств до предельных значений.

Для ряда специфичных элементов вводятся смешанные признаки ухудшения состояния (REI120 или RE30, например). Добавим также, что все эти величины измеряются в часах или минутах.

Более подробно ознакомиться с величинами этих показателей для различных конструктивных элементов можно в таблицах.

Таблица 1. Степени огнестойкости зданий, строений и пожарных отсеков

Определение пределов огнестойкости железобетонных колонн

Раздел 1.Определение степени огнестойкости здания

П.1.2.Определение пределов огнестойкости строительных конструкций по справочным данным

В данном разделе необходимо определить пределы огнестойкости строительных конструкций:

— железобетонных плит перекрытий;

— железобетонных балок (ригелей);

— наружных несущих стен ивнутренних стен лестничных клеток;

— маршей и площадок лестниц;

1.Определение пределов огнестойкости железобетонных плит перекрытий справочным данным производится по тем же исходным данным, по которым предел огнестойкости определялся расчётным методом.

Данные для расчета пределов

огнестойкости железобетонных конструкций

Исходные данные для железобетонной плиты перекрытия

Для нечетных вариантов – легкий бетон плотностью ρ = 1600 кг/м 3 с крупным заполнителем из керамзита.

Все плиты с крупными пустотами кол-во 6 шт.Опирание свободное по двум сторонам.

1.1Эффективная толщина многопустотной плиты t_эф для оценки предела огнестойкости по теплоизолирующей способности согласно п. 2.27 Пособия:

— где – толщина плиты, мм;

— – ширина плиты, мм;

— – количество пустот, шт.;

— – диаметр пустот, мм.

1.2 Предел огнестойкости плиты по потере теплоизолирующей способности для плиты из лёгкого бетона (нижняя часть таблицы) с эффективной толщиной 120 мм (табл. 8 Пособия):

1.3 Расстояние от обогреваемой поверхности плиты до оси стержневой арматуры:

— где – толщина защитного слоя бетона, мм;

— – диаметр рабочей арматуры, мм.

1.4 Предел огнестойкости по потере несущей способности при а = 25 мм, для лёгкого бетона и при опирании по двум сторонам находится в интервале между 1 ч (при а = 20 мм) и 1,5 ч (при а = 30 мм), определяем его методом линейной интерполяции:

buildingbook.ru

Информационный блог о строительстве зданий

• Home
• /
• Пожарная защита зданий
• /
• Предел огнестойкости конструкции

Предел огнестойкости конструкции

Предел огнестойкости конструкции (заполнения проемов противопожарных преград) — промежуток времени от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных для данной конструкции (заполнения проемов противопожарных преград) предельных состояний.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:

1. потеря несущей способности(R);
2. потеря целостности(E);
3. потеря теплоизолирующей способностивследствие 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).

Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает при потере целостности (E), теплоизолирующей способности (I), достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S)

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

Условные обозначения пределов огнестойкости строительных конструкций содержат буквенные обозначения предельного состояния и группы.

Знак 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. Напр., REI 30 – предел огнестойкости 30 мин – по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, какие из трёх предельных состояний конструкции I огнестойкости наступит ранее.

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

Фактический предел огнестойкости определяют как правило расчетным путем, но для типовых конструкций могут применяться и экспериментальные методы определения фактического предела огнестойкости.

Предел огнестойкости металлических конструкций

Пределы огнестойкости большинства незащищенных металлических конструкций очень малы и находятся в пределах: (R10 — R15) для стальных конструкций; (R6 – R8)* для алюминиевых конструкций. Исключение составляют колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать R 45, но применение таких конструкций в строительной практике встречается крайне редко.

Несмотря на то, что металл материал негорючий, при нагреве он теряет прочность, поэтому металл имеет низкий предел огнестойкости.

В случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) указан R 15 (RE 15, REI 15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R 8 (п. 5.4.2 СП 2.13130.2009)

Если возникает необходимость обеспечить огнестойкость металлических конструкций зданий выше, чем R15, то применяют различные способы повышения огнестойкости этих конструкций, например, окраска огнезащитными составами или облицовка защитными огнестойкими материалами. В качестве облицовок могут быть использованы бетонные плитки, керамические материалы, штукатурка и т.п. Например, слой штукатурки в 2,5 см повышает предел огнестойкости металлических конструкций до R50. Облицовка в 0,5 кирпича повышает предел огнестойкости металлических конструкций до R 300. Огнезащитные покрытия при воздействии высокой температуры вспучиваются и теплоизолируют металлическую поверхность. Например, слой такой обмазки толщиной 2-3 мм при воздействии высоких температур вспучивается и на некоторое время создает на поверхности защищаемой металлической конструкции слой пористого материала, толщиной 25-35 мм. Данный способ огнезащиты позволяет увеличить огнестойкость металлических конструкций до величин R45-R60.

Предел огнестойкости деревянных конструкций

В отличие от металла дерево является горючим материалом, поэтому пределы огнестойкости деревянных конструкций зависят от двух факторов: времени от начала воздействия пожара до воспламенения древесины и времени от начала воспламенения древесины до наступления того или иного предельного состояния конструкции:

τ= τ воспл+ τ гор

Скорость уменьшения рабочего сечения деревянных конструкций на пожаре составляет от 0,6 до 1,0 мм/мин, поэтому деревянные конструкции, особенно с массивным сечением могут иметь достаточно большие значения пределов огнестойкости. Конечно необходимо учитывать, что с уменьшением сечения уменьшается прочность конструкции и если брус был нагружен на 90%, то и предел огнестойкости будет низким, если на 10%, то чтобы произошло разрушение нужно больше времени.

Традиционным способом повышения огнестойкости деревянных конструкций является нанесение штукатурки. Слой штукатурки толщиной 2 см на деревянной колонне повышает ее предел огнестойкости до R 60. Эффективным способом огнезащиты деревянных конструкций являются разнообразные краски вспучивающиеся и невспучивающиеся, а также пропитка антипиренами. Необходимо обращать внимание на обеспечение достаточной огнестойкости деревянных конструкций, имеющих узлы крепления, опоры, затяжки, армирование из металлических элементов.

Предел огнестойкости железобетонных конструкций

Огнестойкость железобетонных конструкций зависит от многих факторов: конструктивной схемы, геометрии, уровня эксплуатационных нагрузок, толщины защитных слоев бетона, типа арматуры, вида бетона, и его влажности и др. В условиях пожара предел огнестойкости железобетонных конструкций наступает, как правило: а) за счет снижения прочности бетона при его нагреве; б) теплового расширения и температурной ползучести арматуры; в) возникновения сквозных отверстий или трещин в сечениях конструкций; г) в результате утраты теплоизолирующей способности. Наиболее чувствительными к воздействию пожара являются изгибаемые железобетонные конструкции: плиты, балки, ригели, прогоны. Их предел огнестойкости в условиях стандартных испытаний обычно находится в пределах R45-R90. Столь малое значение пределов огнестойкости изгибаемых элементов объясняется тем, что рабочая арматура растянутой зоны этих конструкций, которая вносит основной вклад в их несущую способность, защищена от пожара лишь тонким защитным слоем бетона. Это и определяет быстроту прогрева рабочей арматуры конструкции до критической температуры.

Огнестойкость сжатых железобетонных элементов исчерпывается при пожаре за счет снижения прочности поверхностных, наиболее прогреваемых слоев бетона и сопротивления рабочей арматуры при нагреве. Это приводит к быстрому снижению несущей способности конструкции при пожаре. В момент времени воздействия пожара, когда несущая способность конструкции снизится до уровня рабочих нагрузок, и наступит ее предел огнестойкости по признаку «R».

Для железобетонных колонн предел огнестойкости обычно находится в пределах R90-R150.

При необходимости увеличения пределов огнестойкости железобетонных конструкций рекомендуется следующие мероприятия:

— увеличение толщины защитного слоя бетона;

— облицовка негорючими материалами;

— снижение пожарной нагрузки в помещении;

— снижение механической нагрузки на конструкцию;

— применение рабочей арматуры с более высокой критической температурой прогрева при пожаре.

В настоящее время если подбирать материал по пределу огнестойкости, то лучше всего применять железобетонные конструкции т.к. они имеют достаточно большой предел огнестойкости даже без дополнительных мероприятий и соответственно будут стоить дешевле.

Требуемый предел огнестойкости

Требуемый предел огнестойкости конструкции устанавливается согласно таблице 21, 23, 24 ФЗ 123 в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкции, либо прописывается в СТУ, если они разрабатываются для конкретного сооружения.