2. Возгораемость строительных материалов и конструкций

Строительные материалы и конструкции разделяются на сгораемые, трудносгораемые и несгораемые (СНиП II-А. 5—62, п, 2.1).

Такие материалы и конструкции, которые выполнены из органических веществ и способны при пожаре самостоятельно гореть и распространять горение по своей поверхности, называются сгораемыми.

Трудносгораемыми строительными материалами называются такие, которые выполнены из сочетания сгораемых и несгораемых материалов (фибролит, магнолит и др.) или из сгораемых материалов, подвергнутых огнезащите, которые, будучи подожженными, при отнятии источника поджигания неспособны к самостоятельному горению и не распространяют горения по своей поверхности.

К трудносгораемым строительным конструкциям относят такие, которые в результате облицовки или оштукатуривания несгораемыми материалами или в результате других способов огнезащиты не могут быть подожжены в течение 15 мин.

К несгораемым относят материалы и конструкции, которые выполнены из неорганических материалов и при пожарах не горят.

В связи с применением пластмасс в строительстве ассортимент сгораемых и трудносгораемых материалов и конструкций существенным образом увеличился. Существуют различные методы определения возгораемости строительных материалов, описание которых дано в специальной литературе [17]. Наиболее простыми и доступными методами являются визуальный и метод огневой трубы. При визуальном методе возгораемость определяют путем поднесения пламени газовой горелки к опытному образцу и в зависимости от поведения этого образца определяют его возгораемость. По методу огневой трубы опытный образец помещается в жестяную трубу в вертикальном положении и поджигается. Труба обеспечивает одинаковые условия горения и поджигания всех испытуемых образцов. Размер образца 10 X 10 X 150 мм. Все поверхности образцов выстругивают под угольник. Огневая труба (рис. 20-1)

Рис. 20-1. Схема определения возгораемости по методу огневой трубы:

1 — огневая труба; 2 — образец; 3 — зеркало; 4 — горелка

имеет длину 165 мм, диаметр 50 мм. Испытуемый образец помещается в трубу таким образом, чтобы его нижний конец выходил из трубы на 5 мм. Под образец подводят пламя горелки (1000—1100°) высотой 40 мм. Испытание длится 1 мин. Образец считается трудносгораемым, если потеря веса меньше 20% от первоначального, а время самостоятельного горения или тления не превы - о; шает 30 сек. Потеря веса определяется по данным взвешивания образцов до и после испытания по формуле

(20.1)

где В—потеря веса при горении, %;

А — вес образца до испытания, г;

Б—вес образца после испытания, г.

Группа возгораемости строительных конструкций может быть практически определена по данным приложения I к СНиП II-А. 5—62.

Работы по усовершенствованию методики определения возгораемости строительных конструкций продолжаются.

В настоящее время встречаются трудности по оценке возгораемости несгораемых строительных конструкций , но имеющих отделку, акустическую или тепловую изоляцию из сгораемых материалов.

По мнению автора, возгораемость конструкций в данном случае необходимо устанавливать, приняв за эталон традиционные деревянные конструкции. Если, например, теплоизоляция несгораемой стены выполнена из торфа в таком количестве, что горение может продолжаться более 1 ч. и может привести к обрушению перекрытий, то такая конструкция должна быть отнесена к сгораемым.

При горении изоляции в пределах до 20 мин конструкция может считаться трудносгораемой, а при горении до 10 мин— условно несгораемой.

Группу возгораемости запроектированной или функционирующей конструкции принято называть фактической и обозначать. Группу возгораемости строительных конструкций, требуемую нормами проектирования или условиями безопасности, именуют требуемой и обозначают .

Условия безопасности выполнены, если соблюдается условие

(20.2)

3. ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Под понятием огнестойкость строительных конструкций подразумевается их способность сохранять несущую и ограждающую способность в условиях пожара.

Под понятием потеря несущей способности при пожаре подразумевается обрушение строительной конструкции (СНиП II-А. 5—62, п, 2.2). В особо ответственных случаях понятие потеря несущей способности уточняется и принимается в зависимости от величины деформации конструкций, превышение которой при пожаре исключает возможность ее дальнейшей эксплуатации.

Под понятием потеря ограждающей способности конструкции при пожаре подразумевается прогрев конструкции до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение веществ, находящихся в смежных помещениях, или образование трещин в ней, через которые могут проникать продукты горения.

Установлено, что прогрев ограждающих конструкций до температуры, равной 150—180°, может представлять опасность для самовоспламенения различных твердых и жидких веществ (хлопок, сероуглерод, целлулоид, кинопленка и др.).

Учитывая изложенное, за признак потери ограждающей способности строительной конструкции при пожаре принято повышение температуры на ее необогреваемой поверхности в среднем более чем на 140° или в любой точке этой поверхности более чем на 180° по сравнению с первоначальной температурой конструкции, или более 220° независимо от первоначальной температуры конструкции.

Характеризуется огнестойкость строительных конструкций пределом огнестойкости.

Предел огнестойкости — время, по истечении которого конструкция, теряет несущую или ограждающую способность. Предел огнестойкости измеряют в часах или минутах. Так, например, если говорят, что предел огнестойкости колонны равен двум часам, то это значит, что по истечении 2 ч наступает разрушение колонны при данном температурном режиме в условиях пожара.

Наступление предела огнестойкости строительных конструкций, т. е. потеря ими несущей или ограждающей способности на пожаре, связано так или иначе с их прогревом до определенных темпера¬тур, именуемых в последующем критическими .

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавлива¬ют опытным или расчетным путем.

Опытное определение пределов огнестойкости строительных конструкций стандартизовано.

Пределы огнестойкости запроектированных или функционирую¬щих конструкций принято называть фактическими и их обозначают .

Пределы огнестойкости строительных конструкций, требуемых нормами или определяемых условиями безопасности, принято на¬зывать требуемыми и обозначать .

Условия безопасности выполнены, если соблюдается условие

(20.3)

4. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ

Здание состоит из различных конструктивных элементов, обладающих различной огнестойкостью и различной группой возгораемости. Способность здания в целом сопротивляться разрушению в условиях пожара характеризуется пределом огнестойкости и группой возгораемости таких конструктивных элементов, как несущие стены, колонны, перекрытия, бесчердачные покрытия, перегородки и противопожарные стены, и называется степенью огнестойкости.

Различают фактическую степень огнестойкости зданий и требуемую.

Фактическая степень огнестойкости зданий определяется согласно нормам по наименьшим фактическому пределу огнёстойкости и группе возгораемости одного из конструктивных элементов. По степени огнестойкости здания классифицируются на пять степеней, обозначаемых римскими цифрами I, II, III, IV и V (СНиП Н-А.5—62, табл. 2). По этому же принципу классифицируются здания и в ряде зарубежных стран. Разница лишь в обозначениях и численных показателях пределов огнестойкости конструкций. В отдельных странах число степеней огнестойкости более пяти (как, например, в ГДР), что позволяет более гибко учитывать различные сочетания конструкций.

Под понятием требуемая степень огнестойкости здания подразумевается минимальная степень огнестойкости, которой должно обладать здание для того, чтобы удовлетворять определенным требованиям безопасности. Фактическая степень огнестойкости зданий не зависит от назначения и пожарной опасности, размещаемых в них производственных процессов. Требуемая степень огнестойкости здания нормируется с учетом пожарной опасности, размещаемых в них производственных процессов, назначения зданий, площади, этажности и наличия автоматических средств пожаротушения. Фактическая степень огнестойкости здания обозначается, а требуемая .

Условия безопасности удовлетворены, если соблюдается усло¬вие

. (20.4)

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Наиболее распространенным методом определения пределов огнестойкости строительных конструкций является метод испытания конструктивных элементов в натуральную величину.

Рис. 20-2. Стандартная кривая температура — время:

1— температура в очаге пожара; 2 — температура на поверхности конструкций

Этот метод стандартизован в СССР (СНиП НА. 5—62, прил. 2) и в ряде зарубежных стран. Сущность эксперимента сводится к тому, чтобы конструктивный элемент, выполненный в натуральную величину, подвергнуть воздействию реальных факторов, встречающихся на пожарах, и фиксировать время с момента начала пожара до момента наступления одного из признаков, характеризующих предел огнестойкости. Это время, полученное экспериментально, и представляет собой фактический предел огнестойкости конструкций.

В условиях пожара на конструкцию действует ряд разрушительных факторов, но наиболее существенным из них является высокая температура. Поэтому конструктивный элемент в натуральную величину помещают в пламенную печь, подвергают нагреванию и действию нормативных нагрузок. Тепловой режим в печах поддер¬живают по стандартной кривой температура — время (рис. 20-2), полученной на основании опытов и изучения натурных пожаров при сжигании веществ с теплотой сгорания, равной 4000 —

Рис, 20-3, Схема огневых печей:

а — печь для испытания перегородок и дверей; б — печь для испытания панелей перекрытий; в — печь для испытания колонн; 1 — огневая камера; 2 — опытный образец; 3— вагонетка, 4 — нагрузка

5000 ккал/кг. Этот стандартный режим соответствует характеру нарастания температур при пожарах в жилых и общественных зданиях. Кривая может быть построена по данным, приведенным в приложении 2 к СНиП П-А. 5—62, или по одному из следующих двух уравнений:

(20.5)

(20.6)

где - температура окружающей среды ,°С;

-время горения, мин.

Характер обогрева конструкций при испытаниях соответствует реальным условиям. Так, например, колонны обогреваются со всех сторон, ограждающие конструкции — с одной стороны, а ребра — с трех сторон. Условия обогрева обусловливают конструкцию печи. Печи представляют собой огневые камеры, приспособленные для обогревания и нагружения опытного образца. Принципиальная схема печей представлена на рис. 20-3. Число образцов при испытаниях принимается не менее двух. Способ изготовления и закрепления принимаются в соответствии с существующими правилами производства строительных работ. Опытные образцы оборудуются соответствующими приборами для измерения деформаций и температур.

Наряду с испытанием конструктивных элементов в натуральную величину практикуют испытание фрагментов зданий, а также объемных элементов в натуральную величину. Для решения отдельных частных вопросов опыты проводят на моделях. При этом используются установленные нормами признаки наступления пределов огнестойкости.

6. НОРМИРОВАНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ

Данные о пределах огнестойкости строительных конструкций, полученные опытным путем по стандартной методике, узаконива¬ются нормами (прил. 1 к СНиП II-А.5—62). Основной базой по испытанию огнестойкости строительных конструкций является Научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО). Обычно при очередном пересмотре норм в них вклюаются новые данные о пределах огнестойкости, полученные опытным путем.

Для удобства пользования нормами конструкции группируются по отдельным признакам. При этом предел огнестойкости часто усредняют. Так, например, в СНиП Н-А.5—62 пределы огнестойкости приведены для четырех групп конструкций; а) стен и перегородок; б) стоек, колонн и столбов; в) перекрытий и покрытий и г) заполнения проемов в противопожарных преградах.

Для определения предела огнестойкости строительных конструкций по СНиП П-А. 5—62 нужно знать материал конструкции, сечение или другой ее характерный размер и конструктивную схему. На рис. 20-4 даны пределы огнестойкости некоторых конструктивных элементов.

При пользовании нормами, а также при решении практических задач необходимо иметь в виду следующее.

Пределы огнестойкости, приведенные в нормах, получены при стандартном температурном режиме и нормативной нагрузке. Если в реальных условиях пожара температуры и нагрузки будут отличаться от указанных, то предел огнестойкости конструкций будет существенно отличаться от нормативных значений. Ориентировочно можно считать, что если температура на пожаре на 300° меньше, чем при стандартном режиме, то предел огнестойкости в два раза больше, а при средней температуре пожара в 1200° — в два раза меньше нормативных значений. При снижении нагрузки вдвое по сравнению с ее нормативным значением предел огнестойкости увеличивается в среднем на 25%.

Пределы огнестойкости сплошных стен и перегородок даны в нормах по признаку прогрева необогреваемой поверхности до

Рис. 20-4. Пределы огнестойкости некоторых конструкций:

с — кирпичная стена; б — железобетонная колонна; в — панели железобетонных перекрытий; г — стальная незащищенная конструкция; д — перекрытие по металлическим балкам, защищенным слоем штукатурки; е — металлическая облицованная колонна; ж—перекрытие по деревянным балкам с несгораемым накатом, оштукатуренное снизу; э — деревянная оштукатуренная стойка температуры, превышающей первоначальную в среднем на 140°. В связи с тем что в настоящее время появилось много новых конструкций стен, а также в связи с внедрением в строительство панельных несущих стен предполагается дальнейшее уточнение имеющихся данных о пределах огнестойкости стен, а также получение новых данных применительно к современным ограждающим конструкциям.

Пределы огнестойкости стоек, колонн и столбов, приведенные в нормах, также усреднены и справедливы для центрально сжатых элементов. В тех случаях, когда названные конструкции работают как внецентренно сжатые с большим эксцентриситетом, предел их огнестойкости определяется как для изгибаемых элементов.

Пределы огнестойкости изгибаемых железобетонных конструкций даны для типовых изделий с наименьшей толщиной защитного слоя, равного 20 мм, и при их свободном опирании.

7. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКИХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Расчетные схемы. Различают три расчетные схемы по расчету

огнестойкости строительных конструкций. Каждая расчетная схема охватывает серию задач, связанную с определенным признаком наступления предела огнестойкости строительных конструкций.

На рис. 20-5, а и б приведены схемы для случая расчета, когда предел огнестойкости наступает в результате прогрева необогреваемой поверхности до критической температуры.

Сущность расчета по этим схемам сводится к определению времени, по истечении которого для заданных условий пожара и физических параметров строительной конструкции на необогреваемой поверхности появится критическая температура.

На рис. 20-6 приведена расчетная схема для случая расчета, когда предел огнестойкости конструкций наступает в результате потери несущей способности. Причиной потери несущей способности является снижение прочности материала несущей конструкции при нагревании. По этой расчетной схеме практически рассчитывают предел огнестойкости всех металлических конструкций, а также железобетонных изгибаемых элементов (рис. 20-6, в, г). Сущность задачи сводится к определению времени, по истечении которого на поверхности металлических конструкций или на поверхности арматуры установится критическая температура.

Под понятием критическая температура подразумевается в данном случае такая температура, при которой предел текучести стали снижается до величины рабочих напряжений.

Имеются такие конструкции, разрушение которых на пожаре наступает в результате уменьшения сечения. Характерным представителем таких конструкций являются деревянные. Уменьшение сечений происходит в результате обугливания древесины на пожаре. Вследствие уменьшения сечения напряжения в нем увеличиваются и при достижении предела прочности конструкция разрушается.

Такая площадь сечения, при дальнейшем уменьшении которой апроисходит потеря несущей способности или устойчивости конструкции, именуется в дальнейшем критической площадью сечения. Размеры критических сечений именуются критическими размерами, а само сечение — критическим.

Рис. 20-5. Схема к расчету предела огнестойкости ограждающих конструкций по прогреву иеобо-греваемой поверхности:

а — вертикальное ограждение , б — горизонтальное ограждение

На рис. 20-7, а приведена расчетная схема по определению предела огнестойкости деревянных конструкций.

Сущность расчета сводится к определению времени, по истечении которого при данной скорости обугливания древесины площадь сечения деревянного элемента уменьшится до критического значения.

По этой же расчетной схеме определяют предел огнестойкости сжатых каменных конструктивных элементов. При нагревании в условиях пожара сжатые конструктивные элементы прогреваются. По мере достижения в определенной части сечения критических температур она будет разрушаться. В тот момент, когда площадь сечения станет критической, наступит предел огнестойкости (рис. 20-7, б).

Сущность расчета заключается в определении времени, по истечении которого на поверхности критического сечения установится критическая

температура.

Под понятием критическая температура в данном случае разумевается такая, при которой предел прочности материала жается до величины рабочих напряжений.

Задачи, связанные с определением критических сечений и критических температур, принято называть статическими, задачи по определению времени прогрева конструкции или части ее сечения до критической температуры принято называть теплотехническими.

При решении статической и теплотехнической задач по расчету огнестойкости конструкций возможны следующие допущения:

1. Конструктивные элементы нагреваются в условиях пожара

одинаково по всей высоте.

2. Утечками тепла по торцам конструкции пренебрегают.

Рис. 20-6- Схема к расчету предела огнестойкости по потере

несущей способности:

а — металлическая облицованная колонна; б — каркасная металлическая стена; в— железобетонная плита; г — железобетонная балка

3. За расчетную температуру в очаге пожара принимается стандартная температура.

4. Температурными напряжениями в конструкции, появляющимися в результате неравномерного прогрева в силу изменения упруго-пластических свойств материалов при действии высоких температур, пренебрегают.

5. При расчете критических температур и критических сечений пределы прочности и пределы текучести строительных материалов принимаются равными нормативным сопротивлениям этих материалов.

Рис. 20-7. Схема к расчету предела огнестойко¬сти по потере несущей способности в результате

уменьшения сечения:

а —деревянный изгибаемый элемент; б — железобетонный центрально сжатый элемент

Статическая задача. Как отмечалось, решение статической задачи сводится к определению критических температур и критических сечений.

Критическую температуру различных строительных материалов определяют опытным путем. Для этой цели исследуют изменение пределов прочности, предела текучести и модуля упругости материалов в зависимости от температуры. По результатам исследований построены соответствующие кривые . На рис. 20-8 приведены кривые изменения прочности арматурных сталей, а на рис. 20-9 — бетонов. Аналогичные кривые имеются и для ряда других материалов. Отношения принято называть коэффициентом изменения прочности и обозначать . Как видно из графиков, при нормальных температурах равно единице, а с увеличением температуры уменьшается. Надо при этом отметить, что для многих материалов предел прочности при нагрева-

Рис. 20-8. График изменения прочности строительной и арматурных сталей при действии высоких температур:

1-кривая изменения прочности высокопрочной хо¬лоднотянутой проволоки диаметром 2—3 мм с временным сопротивлением разрыву около 18000 кГ/см; 2—кривая изменения предела текучести холоднотянутой низкоуглеродистой проволоки диаметром 5-6 мм с временным сопротивлением разрыву около 6000 кГ/см, 3 - кривая изменения предела текучести горячекатаной арматурной и строительной сталей марок Ст. 3 и Ст.5; 4 - кривая изменения предела текучести горячекатаной низколегированной стали периодического профиля марки 25Г2С; 5 — кривая изменения предела текучести низколегированной стали периодического профиля марки 30ХГ2С; 6- кривая изменения предела прочности холодное плющенной арматуры периодического профиля диаметром 12 мм с временным сопротивлением около 5000 кГ/см

нии до 200—300° увеличивается, а следовательно, в пределах этих температур коэффициент изменения прочности будет больше единицы.

Определение критических температур связано с определением, коэффициента изменения прочности, при котором предел прочности или предел текучести материалов становится вследствие нагревания равным рабочим напряжениям, т. е. . Имея в виду, что , имеем

(20.7)

Рис. 20-9. График изменения прочности каменных материалов

при действии высоких температур:

1- известняк; 2 - гранит; 3 - цементнопесчаный раствор; 4 - силикатный кирпич; 5 -бетон с гранитным заполнителем; 6- керамзитобетон; 7 - пенокерамзитобетон; 8 - бетон на известковом заполнителе

Как видно из формулы (20.7), с увеличением напряжений в конструкции увеличивается, а соответственно этому уменьшается критическая температура.

Для стали марки Ст. 3, а также для арматурных сталей критическая температура может быть определена по эмпирической формуле

(20.8)

где а и b — опытные коэффициенты, принимаемые для стали марки

Ст. 3 а = 750; b = 450; для низколегированных сталей а = 800; b=400. Значения критических температур для некоторых материалов, олученных применительно к условиям воздействия на строительные конструкции нормативных нагрузок, приведены в табл. 25.

Таблица 25

Данные о критических температурах строительных материалов

Наименование материала	Критическая температура, °С
Сталь марки Ст.3 и Ст.5 в стальных конструкциях при =0,625	470
Арматурная сталь из горячекатаной проволки марки Ст.3 при =0,625	470
Арматурная проволка из низколегированной стали марки 25Г2С при =0,625	550
Холднотянутая высокопрочная проволка диаметром 2-3 мм с временным сопротивлением разрыву 18000 кГ/при=0,45	450
Низколегированная сталь периодического профиля марки 30ХГ2С при =0,625	500
Гранит при =0,7	700
Известняк	800
Тяжелый бетон с гранитным заполнителем при =0,7	650
Тяжелый бетон с известковым заполнителем при =0,625	675
Кирпич глиняный обыкновенный	900
Силикатный кирпич при =0,5	700
Сталь марки Ст.3 и Ст.5 при жестком закреплении стальных конструкций и для металлических каркасов	300

По данным ВНИИПО [2] критическая температура арматурных сталей в жестко заделанных конструкциях в результате перераспределения усилий в этих конструкциях при пожаре существенно увеличивается. Для инженерных расчетов огнестойкости изгибаемых жестко заделанных железобетонных элементов можно критическую температуру, приведенную в табл. 25, принимать для арматурных сталей с коэффициентом, равным 1,5.

Данные об изменении модуля упругости сталей при действии высоких температур приведены на рис. 20-10. Отношение принято обозначать и называть коэффициентом изменения модуля упругости. Значение коэффициента изменения модуля упругости бетона в связи с нагреванием приведено в табл. 26.

Рис. 20-10. Изменение модуля упругости строительной и арматурных сталей

Таблица 26

Изменение модуля упругости бетона взависимости от температуры

Температура, °С	0	100	200	300	400	500	600
	1,0	0,97	0,72	0,5	0,3	0,13	0

Критическую площадь поперечного сечения центрально сжатых элементов определяют по формуле

. (20.9)

Критический момент сопротивления для изгибаемых деревянных конструкций определяют по формуле

, (20.10)

где -площадь критического сечения, ;

-момент сопротивления критического сечения,

-нормативная нагрузка, кГ

-изгибающий момент от нормативной нагрузки, кГ*см;

и-соответственно нормативное сопротивление при сжатии

и изгибе, кГ/.

При определении размеров критического сечения исходят из того, что их соотношение сохраняется равным соотношению размеров сечения до пожара. Толщину сечения 8, которая должна быть разрушена до наступления предела огнестойкости конструкции, определяют по формуле

(20.11)

где а — первоначальный размер сечения, см;

—размер критического сечения, см.

Теплотехническая задача. Сущность теплотехнической задачи сводится к определению времени, по истечении которого на определенной глубине конструкции или на необогреваемой поверхности возникнет критическая температура. Это время и представляет собой предел огнестойкости. Рассмотрим некоторые особенности решения этой задачи применительно к расчету огнестойкости конструкций. Чаще всего эта задача решается применительно к граничным условиям 3-го рода, при которых задаются температура окружающей среды и закон теплообмена между поверхностью строительных конструкций и окружающей средой. Окружающей средой в данном случае являются продукты горения, выделяющиеся на пожаре. Теплообмен между поверхностью строительных конструкций и продуктами горения характеризуется коэффициентом теплообмена. Численно он равен количеству тепла, отдаваемого единицей поверхности нагретых продуктов горения единице поверхности строительных конструкций в единицу времени при разности температур между этими поверхностями, равной одному градусу.

Температура окружающей среды задается в виде функциипо приведенным на стр. 352 формулам. Применительно к стандартному режиму температура на поверхности конструкций определяется по формуле, предложенной ВНИИПО,

(20.12)

где — начальная температура нагреваемого тела,

а — время, по истечении которого определяется температура на поверхности;

К— коэффициент, зависящий от объемного веса материала конструкции. При объемном весе = 1000 кг/м3 и менее К — 0,55, а при = 2450,0 кг/м3 К = 0,65. Для промежуточных значений К, принимается по интерполяции.

Как видно, в данном случае граничные условия переменны, что усложняет решение некоторых задач.

Для того чтобы получить стационарные граничные условия, усредняют температуру для определенных отрезков времени по уравнению

(20.13)

где -соответствующие интервалы времени, в пределах которых усредняется температура, а — температура окружающей среды.

Средние температуры, вычисленные по приведенному здесь уравнению при 10 мин, приведены в табл. 27.

Т а б л и ц а 27

Усредненные температуры при стандартном режиме

Продолжительность стандартного пожара,ч,мин	30 мин	1 ч	2 ч	3 ч	4 ч	5ч	6 ч
Усредненная температура вочаге пожара, °С	725	805	895	950	985	1020	1050
Усредненная ратурана поверхности онструкций, °С	541	646	758	835	887	927	961

Коэффициент теплообмена может быть вычислен применительно к стандартному режиму пожара по формуле (20.14), предложенной ВШ МВД СССР,

(20.14)

где — коэффициент теплообмена, ккал/град;

е — основание натуральных логарифмов.

Теплофизические параметры строительных материалов с нагревом изменяются. Поэтому при решении теплотехнической задачи по расчету огнестойкости строительных конструкций при опре делении коэффициента температуропроводности и теплопроводности вносят поправку на температуру. В качестве расчетной температуры при определении теплотехнических характеристик строительных материалов принимают 450°. Данные о теплотехнических показателях приведены в табл. 28.

Таблица28

Теплотехнические показатели некоторых строительных материалов

с учетом поправок на температуру

(по данным (ВНИИПО)

Наименование материала		ккал/град	ккал/град
Газобетон на молотом песке	480	=0,08+0,00016t	=0,22+0,00015t
Газобетон на молотом песке	750	=0,16+0,00007t	=0,22+0,00015t
Перлитобетон	1090	=0,25+0,0001t	=0,2+0,00014t
Керамзитобетон	1030	=0,22+0,000064t	=0,2+0,000093t
Керамзитобетон	1380	=0,33+0,00007t	=0,2+0,000114t
Газобетон на молотом песке	1100	=0,27=const	=0,22+0,000015t
Керамзитопенобетон	950	=0.2+0.00014t	=0,20+0,00014t
Аглопорит	1670	=0.6+0.00006t	=0,2+0,00016t
Песчаный бетон	1900	=0,9-0,0005t	=0,184+0,00015t
Тяжелый бетон на известковом щебне	2190	=1,07-0,00083t	=0,184+0,00015t
То же, на гранитном щебне	2220	=1,22-0,00095t	=0,184+0,00015t
Силикатный кирпич	1730	=0,68-0,0003t	=0,2+0,000144t
Красный кирпич	1580	=0,39+0,0002t	=0,17+0,0001t

Методы решения теплотехнической задачи. Численный метод. Численный метод относится к приближенным методам расчета теплопроводности, который дает удовлетворительные для инженерной практики результаты. Этим методом можно определить время прогрева (т. е. предел огнестойкости) ограждающих конструкций до заданных критических температур применительно к стационарным и нестационарным граничным условиям. Сущность метода заключается в следующем.

Как известно, процесс передачи тепла теплопроводностью в твердом теле характеризуется дифференциальным уравнением Фурье. Применительно к одномерной задаче уравнение имеет вид

(20.15)

В связи со сложностью решения дифференциального уравнения оно заменяется уравнением в форме конечных разностей, с помощью которого вычисляют температуру в некоторых, заранее выбранных точках данной системы. Это равноценно математическим приемам приближенного интегрирования.

Применительно к расчету плоской стенки ее разбивают на элементарные объемы (рис. .20-11). Центральной точке каждого объема присваивается номер (1, 2, 3). Предполагается, что термическое сопротивление каждого объема сосредоточено в центральной узловой точке. Передача тепла между узловыми точками осуществляется через условные теплопроводящие стержни.

В нестационарном состоянии в каждой узловой точке происходит не только подвод или отвод тепла, но изменяется внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии зависит от изменения температуры в узловой точке во времени, от ее теплоемкости элементарного объема, который она представляет, и плотности вещества.

Полагаем, что удельная теплоемкость с и коэффициент теплопроводности в пределах элементарного участка постоянны.

Количество тепла, подводимое стержнем к узловой точке, определится по закону Фурье . Если расстояние х достаточно мало, то можно выразить q через конечные разности, т. е. ,где —разность температур между смежными узловыми точками. Общее количество тепла, проводимое стержнем за конечное приращение времени , равно

(20.16)

где для одномерной задачи проводящая площадь . Изменение внутренней энергии в рассматриваемой точке за время

, (20.17)

где t— температура в данной узловой точке в момент времени т;

— в момент времен;

c— удельная теплоемкость;

— плотность вещества;

V— объем элементарного участка.

Уравнение теплового баланса для узловой точки 1(рис. 20-11) будет иметь вид

(20.18)

или

(20.19)

Рис. 20-11. Схема к решению одномерной задачи

Решая последнее уравнение относительно неизвестной температуры , получаем

(20.20)

Если учесть, что : =а — коэффициент температуропроводности вещества, и — критерий Фурье, то приведенное здесь уравнение принимает вид

(20.21)

При последнее уравнение принимает вид

(20.22)

Из этого уравнения видно, что температура в узловой точке l в каждый последующий отрезок времени представляет собой среднее арифметическое из значений температуры в двух смежных узловых точках 2 и 3 в данный отрезок времени.

Из условия имеем , отсюда

(20.23)

Решение конкретной задачи удобно проводить применительно к граничным условиям 1-го рода. Для этой цели определяют температуру на поверхности конструкций по формуле (20.12) через отрезки времени. К числу предварительных операции при расчете температур относятся выбор толщины слоя ограждения , определение коэффициента температуропроводности с учетом поправки на температуру и определение . Затем составляется соответствующая таблица и проводится расчет температур.

Температура на необогреваемои поверхности определяется по

формуле

(20.24)

где — температура на необогреваемои поверхности, ° С;

—температура в узловой точке смежной с необогреваемои

поверхностью (последняя узловая точка по ходу теплового потока),° С;

—начальная температура;

—коэффициент теплообмена.

Коэффициент теплообмена определяют по формуле , где t— температура на необогреваемои поверхности в момент времени .

Пример. Определить время, по истечении которого на необогреваемои поверхности железобетонной плиты температура в условиях пожара достигнет 160°. Толщина плиты =6 см. Коэффициент температуропроводности = 0,0015 /ч. Коэффициент теплопроводности = 0,78 ккал/мград. Температурный режим пожара — стандартный.

Решение. 1. Разбиваем плиту на 4 слоя с = 0,015 м.

2. Определяем

ч.

3. Определяем температуры на обогреваемой поверхности кон

струкции через 0,075 ч по формуле

Находим значение аргумента для различных отрезков времени и соответствующие им значения функции по приложению 1, а затем вычисляем температуры на поверхности конструк ций. Результаты расчета сводим в табл. 29.

4. Заполняем таблицу для определения температуры в различные отрезки времени.

За начальную температуру на поверхности конструкции приниаем , а в остальных слоях = 20°С.

Таблица 29

Расчетная таблица

,r		Номера узловых точек
		1	2	3	4
0	88	20	20	20	20	20
0.075	155	54	20	20	20	20
0.15	330	87.5	37	20	20	20
0.225	450	183.5	54	28.5	20	20
0.30	535	252	106	37	27.57	20
0.375	585	320.5	144.5	66.75	35.0	20
0.45	640	365	194	90.0	61.0	20
0.525	680	417	227	127.5	80.5	20
0.60	705	453.5	272	154	111	20
0.675	740	488.5	303.75	192	131.6	20
0.75	764	522	340	218	161.0	20

В момент времени =0,3 ч начинается повышение температуры на необогреваемои поверхности. Для этого отрезка времени = 5,5 +0,045.20 = 5,5 + 0,045*20 = 6,4. Температура на необогреваемои поверхности будет

.

Аналогичным образом определены температуры на необогреваемои поверхности в последующие отрезки времени.

Как видно из таблицы, температура, равная ~ 160°, установится на необогреваемои поверхности по истечении 0,75 ч с момента возникновения пожара. Следовательно, предел огнестойкости плиты по прогреву необогреваемои поверхности равен 0,75 ч.

Для двухмерной задачи, например для прямоугольных колонн и балок с размерами ячеек , схема узловых точек будет выглядеть, как показано на рис. 20-12. Составляя уравнение теплового баланса для центральной точки, получаем

,

где— температура в соответствующей узловой точке

в момент времени ;

—температура в центральной точке в момент времени . Для этой двухмерной задачи промежутки и выбираются из условия .

При значенииимеем

.

При этом будущая температура данной узловой точки не зависит от ее настоящей.

Прогрев полуограниченного массива. Задачи по прогреву полуограниченного массива могут быть использованы для расчета пределов огнестойкости ограждающих конструкций применительно к граничным условиям 1-го рода.

Рис. 20-12. Схема к решению двухмерной задачи

При этом задача решается для двух вариантов: при постоянной температуре на поверхности ограждения ; и переменной температуре на поверхности ограждения . При расчетная формула для определения пределов огнестойкости имеет вид

,

где - критическая температура, задаваемая на необогреваемой поверхности или в определенном слое конструкции, °С;

- температура на поверхности конструкций при пожаре, °С;

-начальная температура конструкции до пожара, °С;

x- абсцисса точки, в которой задана критическая температура,м;

-коэффициент температуропроводности, ;

-время прогрева ограждения до критической температуры, ч.

В тех случаях, когда температура поверхности конструкций задана и представляет собой постоянную величину (например, при горении жидкостей), предел огнестойкости определяют следующим образом.

Находят значение функции .

Пользуясь приложением 1, находят аргумент по найденному значению функции

,

где А — численное значение аргумента.

Решая это уравнение относительно , получим

.

В тех случаях, когда температура на поверхности конструкций изменяется по стандартному режиму, предел огнестойкости определяют по формуле, полученной А. И. Яковлевым (ВНИИПО) в результате решения дифференциального уравнения Фурье применительно к прогреву бесконечного полумассива:

.

Из последнего уравнения значение функции будет

.

Найдя по приложению 1 значение аргумента и, произведя соответствующие преобразования, получим

.

Полученные расчетные формулы применимы для определения пределов огнестойкости ограждений конечной толщины для случаев, когда соблюдается условие

.

Пример 1. Определить предел огнестойкости металлической каркасной стены, заполненной и облицованной бетоном с объемным весом 2250 кГ/. Коэффициент температуропроводности бетона принят равным 0,0017/ч. Толщина облицовки металлического каркаса равна 0,065 и 0,12 м. Критическая температура для металлических каркасов принята равной 300°. Начальная температура стены = 20°, К = 0,62.

Решение.

1. Находим по формуле значение функции

.

2. По приложению 1, данному значению функции соответствует

аргумент А = 0,84.

3. Фактический предел огнестойкости каркасной стены будет

при х = 0,065:

ч

При x= 0,12

Пример 2. Определить предел огнестойкости перекрытия постальным балкам, защищенным слоем штукатурки толщиной 30 мм. Коэффициент температуропроводности штукатурки а = 0,0016 /ч, материал балок — сталь марки Ст. 3. Критическая температура при =0,625 равна 470°. Режим пожара стандартный. Начальная температура перекрытия = 20°, К =0,58.

Решение.

1. Находим по формуле значение функции

2. По приложению 1, данному значению функции соответствует

аргумент А =0,63.

3. Фактический предел огнестойкости перекрытия будет

ч.

Найти при постоянной температуре, установившейся на перекрытии и равной 700°.

1. Находим значение функции

.

2. По приложению 1, данному значению функции соответствует аргумент А = 0,31.

3. Фактический предел огнестойкости перекрытия будет

ч.

Прогрев цилиндра бесконечной длины. С помощью этого метода могут быть построены кривые прогрева колонн и балок для различных отрезков времени применительно к граничным условиям 3-го рода. При этом колонны и балки рассматриваются как цилиндры с эквивалентным линейным размером.

Согласно принципу стабильности теплового потока определяющий эквивалентный линейный размер

,

где — площадь поперечного сечения рассматриваемой конструкции.

Средний по поверхности коэффициент теплообмена , отнесенный к цилиндру, будет

,

где — коэффициент теплообмена рассматриваемого тела,

ккал/град;

А — критерий формы.

В нашем случае

,

где Р — периметр поперечного сечения рассматриваемого тела, м;

—периметр поперечного сечения эквивалентного круглого цилиндра, м.

Температуры окружающей среды задаются для данных отрезков времени в виде постоянных величин, полученных опытным путем, или на основании соответствующего усреднения опытных данных.

Для построения кривых прогрева колонны определяют температуру в ее центре, на поверхности и в некоторых промежуточных точках.

Решение задачи упрощается в том случае, если температура окружающей среды и температура поверхности рассматриваемой конструкции известны.

Расчетные формулы получены на основании решения дифференциального уравнения теплопроводности Фурье.Для определения температуры в середине цилиндра

.

Для определения температуры на поверхности цилиндра

,

,

,

.

Из этих двух уравнений имеем:

,

.

Значение функции определяют по графикам приложения 2, а — по графикам приложения 3.

Для определения температуры в промежуточных точках цилиндра расчетная формула, выведенная А. Н. Кувалдиным, имеет вид

,

где — радиус точки, в которой определяется температура;

г — радиус цилиндра.

Порядок расчета огнестойкости строительных конструкций, приведенных к цилиндру, следующий:

1. Определяют теплофизические параметры для материала конструкций с учетом поправок на влажность и температуру.

2. Определяют для различных отрезков времени критерий Фурье. Обычно принимают отрезки времени через час при продолжительности нагрева 3—4 ч. При значительных сечениях конструкций приходится иногда продолжительность нагрева увеличивать.

3. При заданных температурах окружающей среды и на поверхности конструкций находят значение для различных отрезков времени по формуле

.

4. По заданным значениям и , пользуясь графиками приложения 2, находят для различных отрезков времени критерий .

5. По найденным значениям и пользуясь графиками приложения 3, находят .

6. Зная пользуясь приведенной выше формулой, находят для различных отрезков времени температурив середине конструкции .

7. Находят температуры в промежуточных точках для различных отрезков времени.

8. Строят график прогрева конструкций для различных отрезков времени.

9. По графикам прогрева конструкции определяют время, по истечении которого на поверхности критического сечения или на

Рис. 20-13. График изменения температуры в железобетонной колонне

характерной поверхности появится критическая температура. Это время и будет представлять собой предел огнестойкости конструкций.

Для иллюстрации приведен на рис. 20-13 график прогрева железобетонной колонны, полученный расчетом по вышеизложенной

373

методике. Как видно из графика, при = 700° предел огнестойкости равен 4 ч, а при =600° — 3 ч.

Методика расчета прогрева пластины может быть использована для определения пределов огнестойкости стен, обогреваемых при пожаре с двух сторон.

Условия однозначности формулируются в данном случае так.

Задана стена толщиной 2. Размеры стены в направлении осей Оу и Оz безграничны. Начальная температура стены . Температура окружающей среды при пожаре постоянна и равна Отдача

Рис. 20-14. График прогрева железобетонных балок

тепла от окружающей среды к стене происходит при постоянном

коэффициенте теплообмена .

Температуры на поверхности и в середине стены определяют по приведенным здесь формулам, а значение функций и по графикам приложения 4а и 46. Порядок построения графика прогрева стены аналогичен указанному для цилиндра бесконечной длины.

Экспериментальный метод. В связи с тем, что основой для определения пределов огнестойкости строительных конструкций являются температурные кривые прогрева, представляется возможным получить такие кривые экспериментально. Этот метод особенно удобен для тонкостенных конструкций или для конструкций, у которых предел огнестойкости наступает по прогреву защитного или облицовочного слоя.

Современные конструкции являются типовыми, поэтому получение экспериментальных кривых прогрева не представляет больших трудностей. Такие кривые прогрева могут быть получены на моделях при любых условиях изменения температуры окружающей среды.

В настоящее время имеется ряд графиков прогрева железобетонных конструкций, полученных А. И. Яковлевым и Н. И. Зенковым.

На рис. 20-14 приведены кривые прогрева железобетонных бадок, а на рис. 20-15 — железобетонных плит для тяжелых бетонов с известняковым заполнителем прочностью 170—250 кГ/. На горизонтальной оси этих графиков отложено время прогрева, а на вертикальной оси — температура. Цифры на кривых обозначают глубину слоя, на которой измерялась температура.

При пользовании этими графиками нужно знать критическую температуру и расстояние от обогреваемой поверхности до центра

Рис. 20-15. График прогрева железобетонных плит

тяжести растянутой арматуры. Для железобетонных элементов с жесткой арматурой или стальных облицованных бетоном элементов нужно знать толщину облицовки. Пользуясь графиками, определяют время, по истечении которого на поверхности арматуры или несущих элементов установится критическая температура (т.е. ). Так, например, железобетонная плита или панель с защитным слоем арматуры, равным 20 мм, и диаметром 10 мм при = 500 будет иметь предел огнестойкости, равный 1 ч 05 мин.

Для сравнения приведены на рис. 20-16 графики прогрева плит из легких бетонов, а на рис. 20-17 — графики прогрева плит иа ячеистых бетонов. Эти графики могут быть использованы для расчета пределов огнестойкости конструкций из легких и ячеистых бетонов.

Необходимо отметить, что плиты, выполненные из одного и того же материала при различных объемных весах и различных коэффициентах теплопроводности, имеют практически одни и те же коэффициенты температуропроводности, что обусловливает одинаковый прогрев этих плит при нестационарном тепловом режиме, а следовательно, одни и те же пределы огнестойкости. Попутно следует указать, что лишь ячеистые бетоны показали более замедленный прогрев по сравнению с другими плитами. Это дало основание считать предел огнестойкости конструкций из ячеистых бетонов в 1,3 раза больше аналогичных конструкций, выполненных из легких и тяжелых бетонов.

Рис. 20-16. График прогрева плит из легких бетонов (плита из перлитобетона = 1500 кг/, влажностьW-10,2%)

За последнее время доказано, что метод гидроаналогий может быть с успехом применен для расчета и построения соответствую щих температурных кривых в толще конструкций при различных начальных и граничных условиях и может вполне заменить громоздкий натурный эксперимент.

Рис. 20-17. График прогрева плит из ячеистых бетонов (плита из пенокерамзитобетона (= 900 кг/,w= 7,2%)

8. ТРЕБУЕМАЯ ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЗДАНИЙ

Требуемый предел огнестойкости строительных конструкций устанавливают по нормам в зависимости от требуемой степени огнестойкости зданий.

Требуемую степень огнестойкости производственных зданий определяют в зависимости от категории производственных процессов по пожарной опасности, площади, этажности зданий и наличия автоматических средств пожаротушения по СНиП П-М. 2—62, п. 4.18. При этом учитывают изменения, внесенные Госстроем СССР приказом от 31 октября 1964 г. № 185 (табл. 30).

Требуемую степень огнестойкости общественных зданий обычно определяют в зависимости от их вместимости (количества зрителей в театрах и кинотеатрах, количества учащихся в школах, количества детей в детских садах и яслях, количества больных в больницах и др.) по соответствующим главам СНиПа (СНиП II-Л. 2—62, СНиП И-Л. 3—62, СНиП И-Л. 4—62 и др.).

Таблица 30

Требуемая степень огнестойкости производственных зданий

Общие данные из различных глав СНиПа сведены в табл. 31.

Требуемую степень огнестойкости жилых и общественных зданий определяют в зависимости от их площади и этажности (табл. 32).

Существующие нормы и правила проектирования жилых зданий (СНиП П-Л. 1—62) распространяются лишь на здания высотой до 16 этажей. Учитывая специфику жилых зданий повышенной этажности, к ним предъявляют повышенные требования в части

Таблица 31

Требуемая степень огнестойкости общественных зданий

противопожарной защиты. Эти дополнительные требования изложены во временных указаниях по противопожарным требованиям для проектирования жилых зданий высотой 10 этажей и более (СН 295—64).

Требуемую степень огнестойкости животноводческих и птицеводческих помещений определяют в зависимости от их площади застройки по СНиП П-Н.З—62.

Таблица 32

Требуемая степень огнестойкости жилых зданий

Степень огнестойкости	Количество этажей	Наибольшая допустимая площадь застройки
		С противопожарными стенами	Без противопожарных стен
I	До 16 включительно	Не ограничивается	2200
II	До 9 включительно	То же	2200
III	До 5 включительно	»	1800
IV	1	2800	1400
IV	2	2000	1000
V	1	2000	1000
V	2	1600	800

По данным о требуемой степени огнестойкости зданий определяют требуемые пределы огнестойкости по пп. 2.3-Т-2.8 СНиП П-А. 5—62. При этом учитывают назначение и степень важности конструктивного элемента.

Определив, таким образом, требуемые огнестойкость зданий, пределы огнестойкости и группу возгораемости конструктивных элементов, их сопоставляют с фактически запроектированными и делают вывод об их соответствии или несоответствии требованиям безопасности.

9. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ

Предложенная схема нормирования требуемых степени огнестойкости зданий и пределов огнестойкости строительных конструкций не лишена отдельных недостатков. Основным недостатком методики нормирования огнестойкости зданий является недостаточный учет количественных показателей пожарной опасности производственных и других функциональных процессов.

В связи с этим рекомендована расчетная методика определения требуемых пределов огнестойкости. Автором идеи расчета является В. И. Мурашев. Сущность идеи расчета заключается в том, что требуемый предел огнестойкости строительной конструкции определяется в зависимости от продолжительности пожара по формуле

(20.25)

где — коэффициент огнестойкости;

—продолжительность пожара, ч.

Коэффициент огнестойкости представляет собой коэффициент запаса, который должен гарантировать надежность работы конструкций и здания в целом при пожаре. Оценивая значение коэффициента огнестойкости, учитывают назначение зданий, капитальность, назначение конструктивных элементов и их специфические условия работы при пожаре. Для уникальных зданий, к капитальности которых предъявляют особые требования, коэффициент огнестойкости должен назначаться исходя из необходимости обеспечения сохранности конструкций и возможности их эксплуатации после пожара. Вертикальные несущие конструкции должны иметь коэффициент запаса больший, чем горизонтальные. Это объясняется тем, что обрушение стен и колонн может повлечь за собой обрушение.всего здания, в то время как обрушение перекрытий и перегородок может носить местный характер. Кроме этого, на предел огнестойкости вертикальных конструкций могут оказать влияние характер их сочленения с конструкциями перекрытий и покрытий и различные дефекты при производстве строительных работ. Известно, что внецентренное приложение нагрузки может существенным образом повлиять на предел огнестойкости конструкций.

Конструкции, выполняющие роль противопожарных преград, также должны обладать большей надежностью и, следовательно, большим коэффициентом огнестойкости. Так, например, в зданиях II степени огнестойкости рекомендуется принимать:

для несущих стен и колонн = 1,5;

для перекрытий и покрытий = 1;

для противопожарных стен = 2,5. Для зданий I степени огнестойкости коэффициент огнестойкости принимается на 25—30% больше.

Продолжительность пожара оценивается для двух случаев — при свободном горении, когда участие пожарных подразделений по тушению пожара не учитывается, и при горении с учетом тушения.

Продолжительность свободного горения на пожаре может быть найдена из уравнения

, (20.25а)

где Q — теплота сгорания горючих веществ, ккал/кг;

n—весовая скорость горения, кг/ч;

—продолжительность свободного горения, ч;

—площадь поверхности горения,

—объем горючих веществ, ;

—объемный вес горючих веществ, кг/.

Левая часть равенства (20.25а) представляет собой общее количество тепла, которое выделится за время горения на пожаре, а правая — теплосодержание горючих веществ. Из равенства (20.25а) имеем

(20.26)

Обозначим : , где — площадь, занимаемая горючими веществами, а — коэффициент объемности. Кроме этого, обозначим ; , тогда

,

где N — удельная загрузка, кГ/ Значение коэффициента

принимается:

в жилых зданиях — равным единице;

при равномерном распределении горючих веществ по площади пола или при разливе жидкостей — равным единице;

при штабельном или стеллажном хранении веществ — как отношение площади боковых поверхностей стеллажей и штабелей к площади пола;

при локальном размещении веществ — как отношение площади

боковых поверхностей горючих веществ к площади, занимаемой горючими веществами;

при наличии сгораемых конструкций принимается равным

двум.

Данные о скорости выгорания горючих веществ приведены в специальной литературе [4] и [7].

В зданиях повышенной этажности, а также в зданиях, расчлененных перегородками с проемами, продолжительность пожара может увеличиться за счет перехода пожара из этажа в этаж или из секции в секцию. Поэтому в зданиях повышенной этажности, а также в секционных зданиях, к которым предъявляются повышенные требования противопожарной защиты, продолжительность пожара, полученную по формуле, увеличивают в полтора раза.

Подставляя значение в формулу (20.25), будем иметь

(20-27)

Пример. Определить требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций жилого дома повышенной этажности. Удельная загрузка горючими веществами равна 50 кГ/. Весовая скорость выгорания равна 50 кГ/. Коэффициент объемности равен 1. Конструкции выполняют из несгораемых материалов. Требуемая степень огнестойкости здания — первая.

Определяем продолжительность свободного горения на пожаре:

ч

В связи с тем, что в зданиях повышенной этажности тушение пожара не принимается во внимание, принимаем продолжитель-

382

юсть пожара путем умножения полученного результата на 1,5. Таким образом, = 1,5.

Требуемый предел огнестойкости:

несущих стен и колонн ч,

междуэтажных перекрытий и покрытий ч,

противопожарных стен ч.

Наиболее общим случаем является расчет требуемых пределов огнестойкости с учетом влияния средств тушения на продолжительность пожара. Методика такого расчета предложена на инженерном факультете Высшей школы МВД СССР.

Расчет пределов огнестойкости с учетом тушения является необходимым во всех случаях, когда наименьший предел огнестойкости одной из несущих конструкций заведомо меньше свободной продолжительности горения на пожаре.

Требуемый предел огнестойкости с учетом тушения пожара будет

где — продолжительность пожара с учетом тушения, ч, мин. Продолжительность пожара с учетом тушения является функцией многих переменных

,

где Q— гарантированный расход огне гасительных средств для целей пожаротушения, л/сек;

l — требуемая интенсивность огнегасительных средств, подаваемых для тушения пожара, л/сек;

—нормативная продолжительность тушения при данной интенсивности подачи огнегасительных средств, мин;

—время горения до начала тушения, мин;

f — площадь эффективного тушения, .

Площадь эффективного тушения представляет собой такую площадь, которая может быть накрыта гарантируемым расходом средств тушения при заданной интенсивности

.

В тех случаях, когда площадь поверхности горения равна или меньше f, продолжительность горения с учетом тушения будет

.

Для случаев, когда площадь поверхности горения больше f продолжительность горения с учетом тушения будет

,

или, подставляя значение f, получим

Тогда требуемый предел огнестойкости будет равен

Исходные данные, входящие в последнюю формулу, получены на основании обработки описаний пожаров, а также специально проведенных опытов с целью определения интенсивности подачи огнегасительных средств и нормативного времени тушения.

Установлено, что между нормативным временем тушения и интенсивностью подачи воды существует вполне определенная зависимость.

Так, при тушении пожаров водой:

твердых веществ

;

жидких веществ

.

Опыт тушения пожаров показал, что небольшой слой жидкости, образовавшийся в производственном помещении или на открытой установке, успешно тушится водой.

Для решения практических задач по определению требуемых пределов огнестойкости производственных зданий, связанных с обращением жидкостей, можно воспользоваться данными, приведенными в табл. 33.

Таблица 33

Исходные данные для расчета

Вид производственной установки	l л/сек	мин	мин
Открытая	0,0625	20	30
Закрытая	0,1	20	30

Данные, приведенные в табл. 33, относятся к случаю тушения пожара водой. При тушении пожара пеной данные для определения продолжительности тушения приведены в табл. 34.

Род нефтепродуктов, обращающихся в производстве и его температура вспышки	л/сек
	Химическая пена	Воздушно-механическая пена
Бензин, лигроин,бензол, толуол,легкая нефть и другие нефтепродукты с температурой вспышки до 28°	0,75	1,25
Керосин,дизельное топливо и т.п. с температурой вспышки до 28 до 45°	0,5	1,5
Масла,мазуты,тяжелые нефти и т.п. выше 45°	0,3	1,0

При тушении пеной нормативное время тушения принимается равным 10 мин для химической пены и 5 мин — для воздушно-механической пены.

Время свободного горения, т. е. время до начала тушения, при котором обеспечивается необходимая интенсивность подачи пены, при ее расходах до 200 л/сек принимается 20 мин, а свыше 200 л/сек — 30 мин. При наличии стационарных установок для тушения пожара водой или пеной время свободного горения до начала тушения = 10 мин. При тушении твердых горючих веществ привозными средствами = 15 мин.

Пример. Определить требуемые пределы огнестойкости стен, колонн и покрытий для здания, в котором размещается производство, относимое по пожарной опасности к категории А.

Площадь отсека, а следовательно, и площадь поверхности горения равна 3000. Здание одноэтажное, II степени огнестойкости. Коэффициент объемности =1. Тушение пожара обеспечивается пеной. Гарантированный расход пены обеспечивается привозной пожарной техникой в количестве Q = 1000 л/сек; интенсивность подачи пены по табл. 34 I=0,75 л/сек. Коэффициент огнестойкости принят по данным стр. 381. Нормативное время тушения = 10 мин. Время до начала тушения = 30 мин.

Предел огнестойкости стен и колонн

мин

Предел огнестойкости покрытия

мин

385

10. ПОВЫШЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Для разработки конструктивных решений, повышающих огнестойкость строительных конструкций, выясняют причину потери ими несущей или ограждающей способности на пожаре. Так, например, если причиной разрушения деревянных конструкций яв-

Рис. 20-18. Общий вид разрушенных монолитных и

Сборных железобетонных колонн

ляется уменьшение сечения в результате обугливания древесины на пожаре, то принимают меры к тому, чтобы исключить полностью или задержать на известное время горение древесины путем ее оштукатуривания или облицовки. Деревянные стойки сечением 20 х 20 см имеют предел огнестойкости около 40—45 мин. Их оштукатуривание мокрой штукатуркой толщиной 20 мм увеличивает предел огнестойкости на 15—20 мин. Такой же эффект оказывает штукатурка на деревянные конструкции перекрытий и стен.

Срок службы железобетонных конструкций на пожаре также весьма ограничен.

Центрально сжатые, каменные и железобетонные элементы имеют предел огнестойкости, колеблющийся в зависимости от сечения от двух до четырех часов (сечение 20x20 до 40x40), а изгибаемые элементы панели и балки при защитном слое арматуры 20 мм имеют предел огнестойкости около 1 ч.

* Скорость обугливания древесины составляет от 0,66 мм/мин до 1 мм/мин.

Характерное разрушение железобетонных конструкций на пожаре приведено на рис. 20-18.

В соответствии с признаком наступления предела огнестойкости железобетонных конструкций их предел огнестойкости может быть увеличен за счет увеличения сечения у сжатых элементов или за счет увеличения толщины защитного слоя арматуры у изгибаемых элементов. Вместо увеличения толщины защитного слоя арматуры при необходимости прибегают к оштукатуриванию или облицовыванию поверхностей железобетонных конструкций не¬сгораемым термоизоляционным материалом.

Хорошо себя зарекомендовали такие материалы, как вермикулит, асбестовермикулит, перлит и др.

Предел огнестойкости предварительно напряженных железобетонных конструкций такой же, как и у конструкций с обычной арматурой. Однако следует иметь в виду, что прогрев преднапряженной арматуры до температуры, равной 250—300°, способствует образованию необратимых прогибов, при которых дальнейшая эксплуатация конструкций становится невозможной.

Поэтому в зданиях, к конструкциям которых предъявляются требования о возможности их эксплуатации после пожара, предусматривают дополнительную защиту преднапряженной арматуры.

Наименьшим пределом огнестойкости обладают стальные незащищенные конструкции, предел огнестойкости которых не превышает 0,25 ч. Обрушение металлических ферм, прогонов и колонн может вызвать разрушение всего здания. Примером в этом отношении является пожар в мастерских одного из заводов американской фирмы «General—Моtors» в 1953 г. Этот пожар причинил убыток в 50 000 000 долларов. В мастерских изготовлялись коробки скоростей двигателей. Размеры мастерских в плане 532 X Х263 м с общей площадью 140 000 м2. Здание имело плоскую крышу, состоящую из стальньго настила по стропильным фермам, покрытого с внешней стороны несколькими слоями толя, смолы и асфальта; всего на 1 м2 площади покрытия было примерно 14 кг асфальта и смолы. Фермы опирались на стальные незащищенные колонны. Кроме этого, в мастерских было размещено свыше 3000 единиц различного рода механического оборудования, которое содержало масло для смазывания и охлаждения деталей станков и других машин. На внутренней стороне покрытия образовалось значительное количество конденсата масла. Во время пожара, начавшегося на небольшой площади пола, вследствие лучистой энергии и конвекционных потоков нагретого воздуха произошло загорание конденсата масла. Несущие конструкции покрытия при этом деформировались, расплавленные от тепла смола и асфальт стекали в помещение мастерских, ускоряя процесс развития пожара. Дальнейший нагрев привел к обрушению колонн с вытекающими отсюда последствиями. Характерно отметить, что здание было спринклеровано, однако эффект автоматической системы был сведен к нулю в силу одновременного охвата огнем большой площади.

Поэтому при проектировании и эксплуатации стальных конструкций принимают технические решения по их защите и увеличению пределов огнестойкости.

Одним из методов повышения огнестойкости стальных конструкций является их облицовка или оштукатуривание. В данном случае, так же как и для древесины, преимуществом пользуются материалы, обладающие минимальным весом и минимальным коэффициентом температуропроводности. Согласно приложению I к СНиП П-А.5—62 оштукатуривание плоских конструкций слоем штукатурки толщиной 20—25 мм повышает их предел огнестойкости до 2 ч, а ребристых конструкций и колонн — до 0,75 ч. Облицовка колонн обыкновенным глиняным кирпичом толщиной 6,5 см повышает их предел огнестойкости до 2 ч. Применение более эффективных материалов позволяет существенно увеличить предел огнестойкости. Так, при облицовке колонн гипсовыми плитами толщиной 6 и 8 см их предел огнестойкости повышается соответственно до 3,3 и 4,8 ч. В последнее время появились краски, которые предохраняют металлические конструкции от коррозии, а при пожаре вспучиваются и в результате повышения их термического сопротивления повышают предел огнестойкости конструкций.

Для защиты стальных конструкций от действия высоких температур применяют различного рода экраны из несгораемых и трудносгораемых материалов. Так, например, подвесные потолки, выполненные из несгораемых или трудносгораемых материалов, являются хорошим экраном для несущих металлических конструкций покрытий. Хорошие результаты дает также охлаждение, металлических конструкций водой за счет их дренчирования или спринклерованця. Однако, как говорилось, автоматические средства являются эффективными при исключении условий быстрого распространения пожара на значительные площади.

При проектировании металлических конструкций избегают их сочетания со сгораемыми материалами (древесина, пластмассы и др.). Это также позволяет увеличить их предел огнестойкости.

Из теории огнестойкости вытекает, что с уменьшением нагрузки и температуры на пожаре пределы огнестойкости конструкций могут быть существенно увеличены. Кроме этого, надо учитывать, что существенное влияние на предел огнестойкости конструкций оказывает их статическая схема.

11. ОГНЕЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Основными нормативными документами, которыми руководствуются при проектировании и эксплуатации зданий с деревянными конструкциями, являются: а) защита строительных конструкций Гот гниения и возгорания (правила производства и приемки работ ■СНиП Ш-В. 8—62); б) материалы для защиты деревянных конст¬рукций от гниения, поражения древоточками и возгорания (СНиП ;I-В.28—62).

Кроме этих двух нормативных документов, имеются специальные указания по защите деревянных конструкций в других главах СНиПа, относящихся к проектированию зданий различного назначения.

Различают следующие средства огнезащиты древесины по убывающей степени эффективности. В первую очередь необходимо отметить штукатурки и облицовки из несгораемых материалов, которые, как отмечалось, задерживают воспламенение древесины на 15—20 мини затрудняют распространение пожара по деревянным конструкциям. Из имеющихся видов штукатурки предпочтение отдается известково-цементной штукатурке толщиной 20 мм или равноценных ей по термическому сопротивлению (асбоцементные листы, гипсовая штукатурка и др.). Защищенные такой штукатуркой деревянные конструкции относятся к трудносгораемым, а здания — к IV степени огнестойкости.

Весьма эффективна огнезащита деревянных конструкций анти-пиренами. Антипирены представляют собой химические средства, предназначенные для придания древесине невозгораемости. К числу наиболее известных антипиренов относятся фосфорнокислый аммоний— двузамещенный или однозамещенный, сернокислый аммоний и бура . Эти вещества хорошо растворяются в воде и в растворенном виде ими пропитывают древесину. Наибольший эффект достигается, если древесина поглотила антипиренов 75 кг/. В этом случае древесина считается трудносгораемой. Такой вид пропитки называется глубоким и осуществляется в специально предназначенных для этой цели установках [17]. Эти установки представляют собой пропиточные цилиндры-автоклавы емкостью от 2 до 70 , в которые вводят на вагонетках деревянные детали. В эти автоклавы вводится под давлением 10—15 ати раствор антипирена, который в течение 10—15 ч впитывается в древесину. На современных домостроительных комбинатах предусматриваются специальные цехи по огнезащитной обработке древесины.

Наряду с глубокой пропиткой древесины существуют средства ее поверхностной обработки. При поверхностной обработке древесина покрывается растворами антипиренов с расходом сухой соли не менее 100 г на 1 обрабатываемой поверхности. К поверхностной обработке относится также способ покрытия деревянных конструкций огнезащитными красками. Способы глубокой пропитки и поверхностной обработки деревянных конструкций, рецептура, правила приемки, а также случаи обработки деревянных конструкций приведены в СНиП 1П-В.8—62.

Кроме огнезащиты деревянных конструкций, предусматривают конструктивные решения, которые снижают их интенсивность горения на пожарах и ограничивают распространение пожара.

К числу таких решений относятся уменьшение количества сгораемых веществ в конструкции путем замены сгораемых заполнителей на несгораемые, исключение пустот в деревянных конструкциях и устройство диафрагм и отсыпок в пустотах, которые являются неизбежными по эксплуатационным или конструктивным соображениям (СНиП П-А.5—62, прим. 7 к п. 2.3, СНиП П-В.4—62, СНиП И-Н.З—62 и др.).

Особое внимание уделяют конструктивным решениям при проектировании деревянных каркасных зданий. В этом случае сгораемое заполнение, как правило, недопустимо в общественных зданиях (СНиП П-Л.2—62, СНиП П-Л.З—62, СНиП П-Л.4—62 и др.).

12. ОГНЕЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Поведение навесных панелей с различными заполнителями из пенопластов, сотопластов, минеральной ваты и других теплоизоляционных материалов было исследовано В. П. Бушевым и Н. В. Прокопенко (ВНИИПО). Было исследовано 12 различных видов панелей с различной обшивкой и различным заполнением. В качестве обшивки были применены асбестоцементные листы толщиной 6, 8 и 10 мм, алюминиевые листы толщиной 1 мм, стеклопластик толщиной 3 мм, гипсовая сухая штукатурка толщиной 10 мм и гипсоволокнистые плиты. В качестве каркаса (обрамления) навесных панелей были приняты такие же материалы, как и для обшивки.

Опыты показали, что огнестойкость и сопротивление возгораемости навесных панелей зависят от термоизоляционных свойств обшивки, теплоустойчивости и возгораемости заполнителя, огнестойкости и возгораемости каркаса (обрамления) и способа креп¬ления обшивки к каркасу.

Термоизоляционные качества обшивки могут быть в данном случае оценены ее термическим сопротивлением, которое, как известно, представляет собой частное от деления толщины обшивки на ее коэффициент теплопроводности. Нужно заметить, что сопротивление названных видов обшивки сравнительно невелико, что способствует их быстрому прогреву, разложению и воспламенению заполнителя. Если иметь в виду, что теплоустойчивость пенопластов находится в пределах 100—150°, то уже через 10 мин при всех видах обшивки температура превышает 200°, что приводит к воспламенению заполнителя. В соответствии с определением возгораемости навесные панели, обшитые асбестоцементом толщиной 6 мм, стеклопластиком, алюминиевыми листами и сухой гипсовой штукатуркой при сгораемом заполнителе, не могут быть отнесены к трудносгораемым. При этом надо учесть, что стеклопластик на полиэфирной смоле сам горит, а сухая гипсовая штукатурка не является несгораемым материалом, а также и то обстоятельство, что при разложении пенопластов выделяются токсичные вещества. Кроме этого, надо учесть, что асбестоцементные листы и сухая гипсовая штукатурка через 3—4 мин разрушаются в условиях пожара.

Таким образом, представляется, что применение заполнителей из пенопластов в современных зданиях допустимо при применении обшивок с большим термическим сопротивлением и термостойкостью.

В качестве критерия для выбора толщины обшивки можно рекомендовать следующее.

Для трудносгораемых панелей толщина обшивки подбирается та¬ким образом, чтобы при стандартном режиме пожара температура на поверхности пенопласта не превышала его температуру размяг¬чения не менее чем через 20 мин.

Для несгораемых панелей толщина обшивки или защиты подбирается таким образом, чтобы при стандартном режиме пожара температура на поверхности пенопласта не превышала его температуру размягчения по истечении времени, равного требуемому пределу огнестойкости данной конструкции.

При использовании пенопластов в качестве теплоизоляционных материалов в конструкциях железобетонных покрытий и перекрытий следует также учитывать возможность нагрева теплоизоляции до температуры плавления и самовоспламенения. При проведении опытов установлено, что продукты разложения пенопластов проникают через микротрещины панелей покрытий или перекрытий в помещение, где возник пожар, и воспламеняются. Учитывая, что несущая конструкция может быть нагрета при пожаре до температуры, превышающей температуру самовоспламенения пенопластов, продукты их разложения продолжают гореть и в том случае, если очаг пожара ликвидирован.

Сказанное о пенопластах может быть отнесено и к сотопластам.

Преимущества выявлены у заполнителя из минерального войлока, если связующее вещество (фенольная смола) не превышает 5% к весу сухой плиты.

Предел огнестойкости навесной панели с заполнителем из минерального войлока на фенольной связке при асбестоцементной обшивке и асбестоцементном каркасе равен 2 ч.

Лучшие результаты показали панели с несгораемым каркасом (обрамлением) из асбестоцемента. Деревянный каркас при пожаре обгорает (скорость обугливания 1,0—1,2 мм/мин), что вызывает распространение пожара по панелям.

Ненадежным показал себя при испытаниях способ приклеивания обшивки к каркасу с помощью синтетических клеев, получаемых на основе смол: эпоксидных, фенол оформальдегидных и полиэфирных. При пожаре через 5—8 мин в результате температурного расширения обшивки клеевые швы срезаются и между обшивкой и каркасом образуются зазоры. В дальнейшем клей сгорает, что приводит к полному разрушению панели. Поэтому обшивку следует крепить к каркасу с помощью болтов и шурупов, а где это допустимо с помощью асбестоцементной массы или цементного раствора.

Особенности пластических материалов и пенопластов следует также учитывать при акустической обработке и облицовке ограждающих конструкций зданий. Особую осторожность необходимо проявлять при применении отделочных и акустических материалов для общественных зданий и зданий с массовым пребыванием людей.

На основании опытов, проведенных пожарно-испытательной станцией Управления пожарной охраны УВД исполкома Моссовета, установлено, что применение сгораемых синтетических материалов для облицовок или акустической обработки ограждающих конструкций в зданиях с массовым пребыванием людей недопустимо.

Применение акустических и отделочных сгораемых материалов в производственных и гражданских зданиях в виде древесностружечных, древесноволокнистых плит и других пластических материалов допустимо в отдельных случаях при условии уменьшения протяженности эвакуационных путей, принятия мер, ограничивающих распространение пожара, и принятия других решений, улучшающих противопожарную защиту здания в целом.

ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА ПРИ ВНУТРЕННЕЙ ПЛАНИРОВКЕ ЗДАНИЙ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ

Практика проектирования и эксплуатации зданий различного назначения показывает, что методами рациональной архитектурно-функциональной композиции достигается наряду с решением технико-экономических и эстетических задач значительный эффект по предупреждению и ограничению пожаров, а также снижению убытков от них. Особое значение приобретают вопросы архитектурно-функциональной композиции зданий в связи с обеспечением безопасной вынужденной эвакуации людей.

В области планировочных решений, обеспечивающих пожарную безопасность объектов народного хозяйства, сложились следующие принципы:

1. Разделение зданий на противопожарные отсеки с целью ограничения распространения пожара и обеспечения условий для успешного его тушения.

2. Разделение зданий и помещений на секции в пределах противопожарного отсека.

3. Расчленение здания или сооружения по горизонтали и вертикали для уменьшения площади возможного факела пламени при пожаре с целью ограничения распространения пожара на смежный объект.

4. Соблюдение необходимых соотношений размеров объемных элементов здания с целью размещения в ограждающих конструкциях вышибных панелей для стравливания давления при возможном взрыве.

5. Ограничение размеров здания по горизонтали и вертикали и разработка соответствующих конструктивно-планировочных решений с целью обеспечения безопасной вынужденной эвакуации людей.

Объемно-планировочньш элементам здания, разделенным по вышеуказанным признакам, присваиваются различные названия: блок, противопожарный отсек, секция, помещение, комната.

Кроме отмеченных общих принципов размещения функциональных процессов в производственных и гражданских зданиях, могут быть отмечены и дополнительные частные решения, которые должны учитываться при их планировке. К числу таких частных решений относятся размещение пожаро- и взрывоопасных операций у наружных стен с проемами и на верхних этажах, планировка подвальных помещений и ряд других

2. НОРМИРОВАНИЕ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ОТСЕКОВ

Строительные нормы и правила ограничивают площади противопожарных отсеков с учетом назначения зданий, пожарной опасности, размещаемых в них производственных процессов, степени огнестойкости, этажности и наличия автоматических средств пожаротушения.

Площади противопожарных отсеков производственных зданий приведены в табл. 30. Как видно из этой таблицы, в зданиях I степени огнестойкости площадь противопожарных отсеков не ограничивается независимо от пожарной опасности размещаемых в них производств. В современных одноэтажных зданиях II степени огнестойкости площадь противопожарных отсеков установлена для производств категорий А 5200, Б — 7800 и В — 10500. Площадь противопожарных отсеков для производств, относимых по пожарной опасности к категориям Г и Д и размещаемых в зданиях II степени огнестойкости, не ограничивается. Для зданий многоэтажных и более низкой степени огнестойкости площади противопожарных отсеков соответственно уменьшается. В связи с особой опасностью производств, относимых по пожарной опасности к категории А, они размещаются в одноэтажных зданиях.

Применение автоматических средств тушения в виде спринклерного и дренчерного оборудования позволяет увеличить площадь противопожарных отсеков вдвое.

Нормирование площадей противопожарных отсеков бесфонарных зданий произведено с учетом того, что они проектируются, как правило, не ниже II степени огнестойкости и оборудуются автоматическими средствами пожаротушения (СНиП Н-М.2—62, п. 4.32).

При проектировании и строительстве предприятий химической промышленности широко практикуются открытые установки, размещаемые на нулевой отметке или на этажерках. Открытые установки в ряде случаев комбинируют со зданиями насосных, компрессорных и других зданий. Открытые установки менее опасны в пожарном отношении, чем закрытые. Однако при возникновении пожара они все же представляют значительную опасность для смежных зданий и установок.

Поэтому открытые установки также расчленяют на противопожарные отсеки и секции. Площадь противопожарных отсеков принимается для закрытых установок химических и нефтехимических предприятий по данным СНиП П-М.2—62. В указанные площади включают также площадь примыкающих к зданиям наружных установок, расположенных у стен с проемами на расстоянии менее 12 м от здания цеха.

Ширина наружных установок ограничивается и принимается не более 36 м. Это ограничение имеет существенное значение с точки зрения обеспечения условий для успешного тушения пожара.

Насосные станции, предназначенные для перекачки нефтепродуктов и других опасных в пожарном отношении веществ, также разделяются на отсеки.

Площадь противопожарных отсеков в складских зданиях устанавливают в зависимости от пожароопасных свойств складируемых веществ, их ценности и наличия автоматических средств пожаротушения.

При хранении твердых горючих веществ площади противопожарных отсеков принимаются по СНиПу, как и для производственных процессов, соответствующей категории пожарной опасности. Однако в складах, предназначенных для хранения ценных материалов, площадь противопожарного отсека принимается в соответствии с п. 4.23 СНиП П-М.2—62.

Кладовые торговых магазинов выделяются в самостоятельные противопожарные отсеки площадью не более 700. При оборудовании кладовых автоматическими средствами пожаротушения площадь противопожарных отсеков увеличивается вдвое (СНиП П-Л. 7—62, п. 2.37).

Площади противопожарных отсеков существенно уменьшаются при хранении легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, газов, а также веществ, выделяющих при горении токсические вещества. Необходимо при этом отметить, что количество таких веществ, допускаемых к хранению на территории предприятия, строго регламентируется (НиТУ 108.56, п. ПО и СНиП Н-М.1—62, п. 3. 102).

Площадь противопожарных отсеков в жилых и общественных зданиях нормируется с учетом их огнестойкости, этажности и вместимости (СНиП П-Л.1—62, п. 1.32 и СНиП Н-Л.2—62, п. 3.2).

Необходимо указать, что нормы ограничивают не только площадь противопожарного отсека жилых и общественных зданий, но и площадь застройки. Эти ограничений накладываются главным образом на здания IV и V степеней огнестойкости.

$ 3. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ОТСЕКОВ

Размеры противопожарных отсеков, а следовательно, и возможные размеры пожаров при существующей системе нормирования не всегда находятся в соответствии с силами и средствами, предназначаемыми для их тушения. В тех случаях, когда сил и средств окажется заведомо недостаточно для тушения пожара, он может нанести значительный ущерб народному хозяйству.

В связи с этим в Высшей школе МВД СССР разработана методика расчета площади противопожарных отсеков.

Максимальная площадь отсека по этой методике определяется как площадь здания или помещения, которая может быть потушена при пожаре за допустимое время.

Условие безопасности выражается неравенством

где — наименьший предел огнестойкости одной из несущих

конструкций здания;

—коэффициент безопасности, равный 1,1.

Подставляя в это неравенство значение и решая его относительно ,получим

(21.2)

Имея в виду, что , получим

(21.3)

Приведенная формула применима для расчета площади отсеков производственных зданий, в которых хранятся твердые и жидкие вещества.

При тушении пожаров в складских зданиях при стеллажном или штабельном хранении веществ эффективность средств тушения существенно снижается из-за трудности их подачи к очагу пожара.

Учитывая изложенное, площадь отсеков в складских помещениях при стеллажном или штабельном хранении, полученную по формуле, уменьшают в полтора раза.

Пример. Определить площадь противопожарного отсека для здания, в котором размещается производство, относимое по пожарной опасности к категории В. Наименьший предел огнестойкости одной из несущих конструкций здания равен 60 мин. Коэффициент безопасности К = 1,1. Гарантированный расход воды Q=200 л/сек. При подаче воды привозными средствами время до начала тушения = 15 мин, а при наличии стационарных систем = 5 мин. Интенсивность подачи средств тушения I=0,1 л/сек. Нормативное время тушения при данной интенсивности равно 10 мин. Коэффициент объемности = 1.

Подставляя в формулу исходные данные, получаем:

при наличии привозных средств

396

при наличии стационарных средств

4. ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ СЕКЦИИ

Одним из основных принципов разделения противопожарного отсека на секции является разграничение различных по пожарной опасности или функциональному назначению процессов. Этот принцип распространяется на здания любого назначения.

Так, например, в производственных зданиях процессы, относимые по пожарной опасности к категориям А, отделяются от других, менее опасных процессов. Этим решением исключается возможность распространения выделяющихся вредностей и взрывоопасных смесей на соседние помещения. Процессы с тепловыми источниками (термические, печные, кузнечные, котельные, клееварки и др.), безусловно, отделяются от пожаро- и взрывоопасных процесссов.

Необходимо особо подчеркнуть важность такого планировочного решения с точки зрения предотвращения причин пожаров и взрывов. Опыт пожаров и взрывов показывает, что не только процессы с тепловыми источниками, но даже помещения с электрооборудованием нормального исполнения являлись причиной взрывов. Так, при авариях имела место загазованность различных помещений и территории предприятий на значительной площади. Электрооборудование нормального исполнения (рубильники, выключатели, двигатели, электроосветительная арматура и др.) является источником искрений или источником местного нагрева, достаточным для воспламенения взрывчатой смеси. Были случаи затекания смеси в водонасосные станции, бытовые помещения, трансформаторные, электрощитовые и т. п. с последующим взрывом и человеческими жертвами. Поэтому при проектировании предприятий химической и нефтехимической промышленности, как правило, изолируют помещения с электрооборудованием нормального исполнения от взрывоопасных процессов.

По этой же причине подсобно-вспомогательные операции, административно-бытовые помещения на предприятиях химической и нефтехимической промышленности выносят в самостоятельные здания, размещаемые за пределами зоны взрывоопасности.

Следующим важным планировочным принципом является защита людей от последствий взрыва. Опыт показывает, что при взрывах в производственных зданиях наносится ущерб и помещениям, размещаемым за капитальными стенами. Поэтому помещения с постоянным пребыванием людей выносятся за пределы взрывоопасных процессов в самостоятельные здания или размещаются в пристройках, отделяясь от них вставкой шириной не менее 6 м.

В пределах вставки размещаются подсобно-вспомогательные операции, безопасные в пожарном отношении, а сама вставка отделяется от смежных взрывоопасных цехов капитальными стенами.

Необходимо указать на размещение процессов, связанных с обращением или хранением значительных количеств горючих веществ в пределах производственных зданий. Как правило, такие операции изолируют от основных производственных процессов, при этом

Рис. 21-1. Схема разделения производственного здания на секции:

1 — вентиляционная камера; 2 — кладовая; 3— тамйур—шлюз; 4 — взрывоопасное производство, относимое по пожарной опасности к категории А; 5 — вспомогательный склад легковоспламеняющихся или горючих жидкостей; 6 — трансформаторная подстанция; 7— склад твердых горючих веществ; 8—вспомогательные помещения; 9 — коридор; 10 —

противопожарные стены; 11-ротивопожарные двери

ограничивают количество хранимых или обращающихся в производстве веществ. Нормы, например, не допускают пристраивать склады ЛВЖ и ГЖ к производственным зданиям, а промежуточные склады ЛВЖ допускаются лишь при условии, что они размещаются в небольших помещениях с самостоятельным выходом наружу. При этом емкость таких складов не превышает 20 ЛВЖ и 100 ГЖ, а конструкции выполняются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к взрывоопасным зданиям II степени огнестойкости (НиТУ 108—56, п. ПО).

Принципиальная схема разделения производственного здания на секции приведена на рис. 21-1. Как видно из рисунка, вспомогательные помещения отделены от взрывоопасного шестиметровой вставкой. Переход из вспомогательных помещений во взрывоопасное осуществляется через коридор с тамбур-шлюзами 3.

Тамбур-шлюзы оборудуются приточной вентиляцией с десятикратным воздухообменом.

Склад твердых горючих веществ отделен от производственного помещения противопожарной газонепроницаемой стеной 10. Необходимо отметить, что трансформаторная подстанция 6 аходится в изолированном помещении. При этом, согласно существующим правилам, между проемами трансформаторной подстанции или других помещений с электрооборудованием нормального исполнения и проемами взрывоопасных помещений должен быть участок глухой стены длиной не менее 10 м.

Еще более жесткие требования предъявляются к размещению вспомогательных помещений и других помещений с нормальным электрооборудованием на открытых установках. В этом случае вспомогательные помещения размещают в зданиях на расстоянии от открытой установки не менее 30 ж, от закрытых зданий— не менее 20 м, а помещения управления— на расстоянии не менее 10 м. Вход в шахты лифтов во взрывоопасных помещениях осуществляется через двойной тамбур-шлюз с подпором воздуха.

Противопожарные секции подвергают дальнейшему членению на более мелкие помещения по признаку применения разнородных средств пожаротушения, а иногда и по ценности хранимых материалов и оборудования. Известно, например, что тушить карбид кальция водой нельзя. Это объясняется тем, что при взаимодействии с водой карбид кальция выделяет взрывоопасный ацетилен. Поэтому, как правило, карбид. кальция размещают в отдельных изолированных секциях или помещениях. По этой же причине изолируют помещения, связанные.с хранением кислот.

Особо ценное оборудование или материалы, для которых требуется особый режим хранения или противопожарный режим, тоже выделяется в отдельные, изолированные несгораемыми ограждениями секции.

Наконец, необходимо указать, что процессы производства, связанные с выделением токсических веществ или особо взрывоопасные, изолируются в отдельные кабины. Процесс в таких кабинах управляется или регулируется автоматически.

Отдельные компоновочные приемы, указанные для производственных зданий, распространяются и на жилые и общественныездания.

Зачастую в жилые здания встраивают магазины, ателье бытового обслуживания, почтовые отделения, сберкассы, а иногда и детские ясли, кинотеатр и др. Все эти встраиваемые помещения изолируют от жилой части несгораемыми конструкциями с устройством самостоятельных входов.

В кинотеатрах известную опасность представляет киноаппаратная. При воспламенении кинопленки продукты разложения из киноаппаратной могут проникнуть через проекционные и смотровые отверстия в зрительный зал или через дверные проемы на пути движения зрителей или в фойе. Продукты разложения кинопленки токсичны и проникновение их в места с пребыванием людей при пожаре недопустимо. Поэтому киноаппаратную изолируют от зрительного зала, смотровые и проекционные отверстия имеют автоматические заслонки, а выход киномеханика осуществляется так, чтобы через дверной проем продукты горения или разложения пленки не попадали в места пребывания людей. Примеры планировки киноаппаратных приведены на рис. 21-2, а, б.

На рис. 21-2, акб показаны схемы планировки киноаппаратной для случая, когда киномеханик имеет самостоятельный выход наружу, а на рис. 21-2, в — когда киномеханик выходит на общие эвакуационные пути. При этом разница в уровнях общих эвакуационных путей и пути движения механика принимаются не менее1,5 м.

В театрах, клубах и других зрелищных предприятиях с колосниковой сценой сцену отделяют от зрительного зала противопожарной стеной, а портальный проем в ней защищают противопожарным занавесом. В пределах сценической коробки пожароопасные помещения (швейные и столярные мастерские, склады, бутафорские, аккумуляторные и др.) отделяют от помещений другого назначения.

В школах изолируют мастерские, складские и жилые помещения от основных учебных помещений.

Приведенные примеры показывают, что планировочные решения зданий имеют большое значение для обеспечения их противопожарной защиты.

Рис. 21-2- Схема планировки киноаппаратных:

а — с самостоятельным выходом наружу для киномеханика: 1— кассовый вестибюль; 2 — администратор; 3 — плакатная мастерсая; 4 — вентиляционная камера;5-санузел;6— кладовая буфета;7 — комната персонала; 8 — директор; 9 — насосная;10 — щитовая; 11-акумуляторная; 12 — венткаыера силовой завесы; 13— кулуар; 14 — зрительный зал ; 15 — киноаппаратура; 16 — перемоточная; 17— киномеханик; б — принципиальная схема; в — схема о устройством выхода на общие пути эвакуации через 2 тамбура шлюза: 1 — перемоточная; 2 — кинопроекционная: 3 — тамвур-шлюз; 4 ~ противопожарная стена; 5— противопожарные двери

ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ ПРЕГРАДЫ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

Различают общие и местные противопожарные преграды.

К числу общих относят противопожарные преграды, ограничивающие объемное распространение пожара, а к числу местных — ограничивающие линейное распространение пожара.

К числу общих преград, ограничивающих распространение пожара внутри зданий, относятся противопожарные стены, экраны, перекрытия и противопожарные зоны. Для ограничения пространственнного распространения пожара между зданиями роль противопожарных преград выполняют противопожарные разрывы, санитарно-защитные зоны, зооветеринарные разрывы и различного рода экраны.

Для защиты отверстий и проемов в противопожарных преградах и ограждающих конструкциях применяют различного рода герметизирующие устройства, противопожарные шиберы и заслонки, противопожарные двери и занавесы.

К числу местных противопожарных преград относят устройства, ограничивающие разлив жидкостей и линейное распространение пожара в течение сравнительно небольшого отрезка времен и, необходимого для введения сил и средств пожаротушения. К таким преградам относятся бортики, диафрагмы, пояса, обваловки и др.

2. ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ СТЕНЫ

При конструировании противопожарных стен уделяют внимание их огнестойкости, устойчивости, сочленению с другими конструктивными элементами и защите отверстий и проемов.

Как известно, противопожарная стена проектируется с требуемым пределом огнестойкости, равным 4ч при члененииздания на противопожарные отсеки (СНиП П-А. 5—62, п. 2.3, табл. 2) и 2 ч при членении на секции в пределах отсека (СНиП П-М. 2—62, п. 4.19, прим. 5). Противопожарные стены проектируются несгораемыми. Всякая отделка или облицовка противопожарных стен сгораемыми или трудносгораемыми материалами не допускается.

Несущие стены из естественных и искусственных камней, как правило, удовлетворяют требованиям в части их огнестойкости. Так, например, кирпичная стена толщиной 25 см имеет предел огне¬стойкости, равный 5,5 ч, а стены и перегородки из природного камня и легкобетонных камней толщиной 25 см — 4 ч, что удовлетворяет требованиям безопасности.

Предел огнестойкости каркасных стен зависит от предела огнестойкости колонн, ригелей, способа крепления панелей к каркасу, а также способа сочленения конструкций перекрытия и покрытия с противопожарной стеной. Поэтому при определении предела огнестойкости каркасных стен рассматривают каждый элемент в отдельности. При наличии открытых ригелей в каркасной стене принимают меры к его защите и доведению предела огнестойкости до 4 ч. Открытые металлические крепления бетонируют слоем 8—10 см.

Противопожарную стену рассчитывают на устойчивость при одностороннем обрушении опирающихся на нее конструкций. В деревянных зданиях проверяют устойчивость противопожарной стены при выгорании конструкций. В этом случае противопожарную стену рассматривают как свободно стоящую, подвергающуюся воздействию ветрового давления.

Рис. 22-1. Схема сочленения каркасной противопожарной стены с панелями перекрытий:

1— заполнение каркасной стены; 2 — панель перекрытия; 3— колонна; 4 — железобетонный ригель с полками; 5 —кирпичная распушка для защиты арматуры от действия высоких температур при пожаре

В отдельных случаях противопожарные стены используются в качестве несущих. На них опирают балки или прогоны перекрытий, панели, а также несущие конструкции покрытий. Неправильная заделка указанных конструкций в противопожарную стену может привести к местному опрокидыванию или обрушению с образованием значительных щелей, через которые возможно проникновение пожара в смежное помещение. С этой точки зрения заделка конструкций в толщу кирпичной противопожарной стены нежелательна. Лучшими вариантами являются такие, при которых конструктивные элементы опираются на консоли или пилястры.

При необходимости заделки конструкций в противопожарную стену с двух сторон возможен переход огня из одного помещения в другое. В этом случае оставляют между торцами балок разделку толщиной 12 см.

Особое внимание уделяют правильности опирания на каркасную железобетонную противопожарную стену панелей перекрытий и покрытий, а также других конструктивных элементов. Панели перекрытий и покрытий опирают на полки ригелей таким образом, чтобы обрушение перекрытий при пожаре не вызывало нарушения целостности заполнения каркаса (рис. 22-1).

Противопожарные стены перерезают сгораемые и трудносгораемые конструкции с целью ограничения распространения пожара.

Схема устройства противопожарных стен показана на рис. 22-2.

При проектировании зданий V, IV и III степеней огнестойкости

обрдщают внимание на перерезание карнизов, различного рода сверв и эстакад в складских зданиях и на надлежащие размеры греблей и выступающих частей противопожарной стены. Правила возвышения противопожарной стены над фонарями и кровлями представлены на рис. 22-3.

Не меньшую заботу проявляют о перерезании конструкций в зданиях I и II степени огнестойкости. Наибольшее внимание должно уделяться наружным стенам и покрытиям. В современных зданиях наружные стены могут представлять собой ничем не ограниченные остекленные каркасы. При пожаре такие каркасы с металлическими переплетами, а тем более с деревянными переплетами будут деформироваться и огонь может легко обойти противопожарную стену. Аналогичное явление может наблюдаться при наличии сгораемой теплоизоляции покрытия, если последнее не перерезается противопожарной стеной. Правильным решением в данном случае является устройство гребней, которые должны выступать за плоскость стен и покрытий, а там, где это невозможно, они заменяются противопожарными зонами. В местах сочленения противопожарных стен с наружными стенами эти зоны допускается выполнять из стеклоблоков.

Рис. 22-3. Правила возвышения противопожарных стен над покрытиями производственных зданий:

а — разрез; б — план; 1— противопожарная стена; 2 — сгораемое покрытие; 3—фонари