МЕТОДЫ ВЫБОРА ОГНЕЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ БАЛОК

SELECTION METHODS OF FIREPROOFING STEEL BEAMS

Sergey Schucky

associate Professor of the Department "Reinforced Concrete structures",, Academy of architecture and construction of the Don state technical University,

Russia, Rostov-on-don

Alexey Reshetnikov

associate Professor of the Department "Reinforced Concrete structures" Academy of architecture and construction of the Don state technical University,

Russia, Rostov-on-don

Eduard Babaev

graduate student of Department Urban construction and economy,Academy of architecture and building of the don state technical University,

Russia, Rostov-on-don

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются проблемы выбора оптимальных свойств стальных конструкций, обеспечивающих должную противопожарную безопасность. С научной точки зрения обосновывается возможность выбора алгоритма для составления программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процесс подбора конструкций с необходимыми свойствами.

ABSTRACT

The article deals with the problem of choosing the optimum properties of the steel structures that provides adequate fire safety. From a scientific point of view justifies the choice of the algorithm to compile the software, allowing to automate the process of selection of designs with the desired properties.

Ключевые слова: огнестойкие конструкции, строительство, архитектура, инновации.

Keywords: fire-resistant designs, construction, architecture, innovation.

Согласно статистическим данным с официального сайта МЧС количество пожаров в зданиях промышленного и гражданского назначения за последние годы держится на высоком уровне. При этом уничтожаются материальные ценности, наносится непоправимый ущерб культурному наследию, погибают десятки тысяч человек. В связи с этим, к современным требованиям конструктивной безопасности, помимо традиционных расчетов по прочности и эксплуатационной пригодности для несущих систем, необходимо также проводить расчет на огнестойкость.

Несмотря на существующее распространенное мнение о недостаточной пожарной безопасности зданий со стальным каркасом, в последнее время появились  эффективные методы повышения огнестойкости несущих конструкций из стали.

В обычных условиях несущие стальные конструкции сохраняют свои заявленные свойства в течение всего срока эксплуатации. Эти же самые конструкции могут исчерпать свой ресурс долговечности в течение всего лишь десятка минут – в результате пожара. Столь стремительный выход из строя определяется резким изменением температуры вокруг конструкций, которая может повышаться до 1000°C и более. Такие условия эксплуатации являются экстремальными для строительных конструкций[2].

Любая строительная конструкция классифицируется по огнестойкости с целью установления возможности ее применения в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках определенной степени огнестойкости, или же для определения огнестойкости зданий, сооружений или пожарных отсеков.

Проектирование безопасных в противопожарном отношении  конструктивных элементов можно классифицировать как специальную дисциплину в в отношении анализа поведение конструкций в условиях пожара.

Основы проектирования конструкций зданий с противопожарной точки зрения  определены в стандарте EN 1990, в которой указано, что конструкция должна сохранять несущую и  механическую прочность. Требуемые параметры конструкции назначают путем анализа всей конструкции, анализа отдельных модулей или элементов, а также использование табличных данных, определенных на основании анализов и исследований, а также результатов индивидуальных испытаний огнестойкости.

Анализ распространения пожара позволяет определить  воздействия термических сред , на которым будут подвержены конструктивные элементы, в частности балки.

Предлагаемый авторами метод  традиционной воздействие тепловой энергии на балку может определится как номинальная  кривая динамики температур  по стандарту EN 1991-1-2. Для строительных конструкций применяются табличные данные кривых, исходя из международных стандартов температура ISO. [3].

Для балок нормируется только потеря несущей способности конструкции и узлов R. Предел огнестойкости по признаку R конструкции, являющейся опорой для других конструкций, должен быть не менее предела огнестойкости опираемой конструкции. Оценка огнестойкости строительных конструкций может осуществляться как экспериментальным, так и расчётным путём. Экспериментальный метод предполагает испытание конструкции в натуральную величину на огневых установках, снабжённых нагружающими и измерительными устройствами. Обобщение большого числа огневых испытаний дало возможность составить каталоги справочных данных для оценки огнестойкости наиболее распространённых типов конструкций. Расчётный метод, построенный на выявленных в экспериментах исходных предпосылках, имеет ряд преимуществ по сравнению с экспериментальным. Расчёт позволяет рассматривать большое количество разнообразных вариантов и достаточно быстро находить эффективные решения в отношении обеспечения огнестойкости конструкций, а затем ещё на стадии проектирования вносить необходимые изменения в конструктивное решение [1].

Решение статической задачи может осуществляться как на основе прочностных критериев (сравнение несущей способности конструкции с усилиями от внешней нагрузки), так и на основе деформационных критериев (сравнение деформаций или перемещений с предельно допустимыми).

На рис. 1 представлен алгоритм расчета огнестойкости стальных балок с учетом уровня их нагружения и нормативного сопротивления стали по пределу текучести.

Как уже было замечено ранее, фактический предел огнестойкости стальных конструкций при «стандартном» режиме пожара, в зависимости от толщины элементов сечения и величины действующих напряжений, не превышает 15 минут. Значения же требуемых пределов огнестойкости металлических строительных конструкций составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкций.

Условие безопасности является основным критерием обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, т.е. если  – огнезащита не нужна, а при  - огнезащита необходима.

Рисунок 1. Алгоритм расчета начальной прочности

В традиционных правилах безопасности  есть требование возведения зданий с помощью огнестойких конструкций. В требованиях указаны, как правило, максимальные размеры одной зоны и рекомендации по элементы конструкции, разделяющие отдельные зоны огня.

Вертикальное и горизонтальное разделение конструкции многоэтажных зданий на на несколько зон предполагает длительное нахождение стальных конструктивных элементов под высокими температурами в секции, прежде чем наступит ситуация пожаротушения. Это предполагает сохранение стабильной прочности этих элементов в условиях постоянной динамики высоких температур и разнонаправленных нагрузок, связанных в том числе с частичным разрушением ненесущих элементов. Пока из безопасных зон не будет проведена эвакуация, зоны, подвергнувшиеся пожару будут оставаться под воздействием температур, и поэтому конструктивные элементы должны сохранять прочность до тех пор, пока не будет проведено полное тушение возгорания.

Требования к огнестойкости конструкций определяются, как время, в течение которого конструкция или элемент конструкции сохранит свои  свойства в отношении несущей способности, звукоизоляции и устойчивости к разрушению.

Авторы полагают, что  исключительные требования сохранения оптимальных характеристик балок должны предполагать промежуток от   60 минут (R60) до 240 минут (R240), что позволит провести основной комплекс по эвакуации и проливу помещений.

Выбор конкретного типа огнезащитного состава и материала, установление их областей применения производятся на основе технико-экономического анализа с учетом: величины требуемого предела огнестойкости конструкции; типа защищаемой конструкции; вида нагрузки; температурно-влажностных условий эксплуатации и производства монтажных работ; степени агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции; увеличения нагрузки на конструкцию за счет массы огнезащиты; трудоемкости монтажа огнезащиты; эстетических требований к конструкции, технико-экономических показателей.

В настоящее время классификация способов огнезащиты следующая:

1. Конструктивный способ: облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами, установка огнезащитных экранов, нанесение толстослойных огнезащитных материалов, штукатурки и т.п.

2. Нанесение на поверхность конструкции огнезащитных красок и т.п., вспучивающихся при нагреве.

3. Комбинированный способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Для разных способов огнезащиты произведены испытания огнестойкости стальных конструкций и составлены графики и таблицы, по которым определяются фактические значения огнестойкости стальных конструкций.

Одним из перспективных способов огнезащиты металлических конструкций являются высокоэффективные покрытия, которые наносят на поверхность конструкции сравнительно тонким слоем. Эти покрытия могут быть невспучивающимися и вспучивающимися.

Область применения различных способов огнезащиты определяется с учетом:

- величины требуемого предела огнестойкости;

- типа защищаемой конструкции и ориентации защищаемых поверхностей в пространстве (колонны, стойки, ригели, балки, связи);

- вида нагрузки, действующей на конструкцию (статическая, динамическая);

Таблица 2.

Алгоритм подбора средств огнезащиты стальных балок

- температурно-влажностный режим эксплуатации и производства работ по огнезащите;

- степени агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции, а также степени агрессивности материала огнезащиты по отношению к стали;

- увеличения нагрузки на конструкцию за счет веса огнезащиты;

- момента монтажа огнезащиты (во время возведения здания или его реконструкции);

- эстетических требований к конструкциям.

На рис. 2 представлен алгоритм подбора средства огнезащиты стальных балок.

Представленные на рисунках 1, 2 алгоритмы легко поддаются программированию и могут быть использованы в разработке специализированного программного обеспечения, которое, в свою очередь, позволит облегчить сложную задачу определения собственного предела огнестойкости стальных балок и выбора их эффективной огнезащиты.

Список литературы:

1. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов / Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат. - 1979. - 476 с.
2. Кондрашов Г. Коррозия - злейший враг бетонных и других конструкций // Строительство: новые технологии - новое оборудование: всероссийский отраслевой журнал. – 2008. - №7.  - С.32-35.
3. О современных методах обеспечения долговечности железобетонных конструкций/ Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Ярмаковский В.Н., Ерофеев В.Т. // Academia. Архитектура и строительство. - 2015. - №1 - С. 91-102.
4. Понятие о надежности, прочности и жесткости [Электронный ресурс] // Черчение: сайт. - URL: http://cherch.ru/rabotosposobnost_i_nadezhnost_detaley_mashin/ponyatie_o... (дата обращения 27.01.2017 г.)
5. Степанова В.Ф. Современные научные разработки проблемы долговечности зданий и сооружений // Технологии бетонов. – 2008. - №2. – С. 64-65.