ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ

​DETERMINATION OF FIRE RESISTANCE LIMITS OF BUILDING STRUCTURES IN CASE OF FIRE BY CALCULATION METHOD

Evgeniya Danilenko

student of the Institute of Correspondence and Distance Learning, Saint Petersburg University of the Ministry of Emergency Situations of Russia,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В данной статье, на основе требований нормативной документации по определению огнестойкости строительных конструкций, предложен расчетный метод по определению пределов огнестойкости.

ABSTRACT

In this article, based on the requirements of regulatory documentation for determining the fire resistance of building structures, a calculation method for determining the limits of fire resistance is proposed.

Ключевые слова: воздействие пожара, расчетные методы, предел огнестойкости конструкции, стандартный температурный режим.

Keywords: fire impact, calculation methods, fire resistance limit of the structure, standard temperature regime.

В начале работы определим временные пределы огнестойкости строительных конструкций. Согласно ст. 35 [1] строительные конструкции зданий и сооружений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции с пределами огнестойкости от ненормируемого и пределом огнестойкости от 15 до 360 минут.

В настоящее время основным методом расчета строительных конструкций для условий эксплуатации и монтажа является метод предельных состояний, разработанный Н.С. Стрелецким [3].

Суть метода заключается в установлении для конструкций так называемых предельных состояний и в обеспечении расчетным путем таких параметров этих конструкций, которые предотвращают наступление этих предельных состояний.

Предельным называется такое состояние конструкции, при достижении которого она перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям в процессе эксплуатации или монтажа.

Рассмотрим расчет предела огнестойкости для железобетонных конструкций.

Изменение температуры при стандартном температурном режиме характеризуется зависимостью:

                                                                               (1)

где t_в – температура среды, °С;

τ – время пожара, с;

t_H – начальная температура конструкции до пожара, принимаемая равной 20 °С.

Для граничных условий первого рода температура t обогреваемой поверхности плоских железобетонных конструкций определяется [4]:

                                                                       (2)

где: t – температура обогреваемой поверхности, °С;

t_H – начальная температура конструкции, равная 20 °С;

erf – функция ошибок Гаусса;

К – коэффициент, зависящий от плотности р_ос сухого бетона С^0,5 (табл. 1);

τ – время, c.

Таблица 1

Значение коэффициента К в зависимости от средней плотности бетона

Приведенный коэффициент температуропроводности определяется по формуле:

                                                                              (3)

где  – средний коэффициент теплопроводности при t = 450° С, Вт/(м° С);

С_tem,m – средний коэффициент теплоемкости при t = 450 °С, Дж/(кг ° С);

ω_в - начальная весовая влажность бетона, %;

 – средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг /м³.

Нестационарное температурное поле, возникающее в полуограниченном теле от воздействия «стационарного пожара», рассчитывается по формуле:

                                                                  (4)

где у – расстояние по нормали от обогреваемой поверхности до расчетной точки тела, м.

Таблица 2

Значение коэффициента К₁ в зависимости от плотности сухого бетона ρ_ос

Для определения температур в плоских конструкциях при двустороннем обогреве решают задачу о прогреве неограниченной пластины при симметричных граничных условиях.

– критерий Фурье; τ – время, с.                            (4)

                                                                                  (5)

расчетах огнестойкости (колонны, балки, ригели) необходимо найти температуру в середине толщины пластины, т.е. при х = 0.

                                                                               (6)

где θ – относительная температура, определяемая в зависимости от F_п/4

При прогреве балок, колонн, ферм и других стержней элементов, обогреваемых в условиях пожара с трех или четырех граней боковых поверхностей, имеет место двухмерное температурное поле. Расчет температур в этих случаях может быть выполнен с достаточной точностью при помощи известного в теории теплопроводности соотношения относительных температур:

                                                                                    (7)

где t_e - температура по стандартной кривой, °С;

t- температура двухмерного поля, °С;

tt - температура одномерных полей, °С. 

Из соотношения выходит

                                                                                   (8)

Температуру в сечениях железобетонных элементов можно определить по графикам прогрева, полученных экспериментальным путем.

                                                                               (9)

где , – коэффициенты, принимаемые в зависимости от F_ox/4 и F_oy/4 соответственно. В [2] на соответствующие коэффициенты надежности: по бетону γ=0,83; по арматуре γ=0,9.

Таким образом, расчет температурных полей железобетонных конструкций на огнестойкость основывается на решении краевых задач нестационарной теплопроводности неоднородных капиллярно-пористых тел в условиях стандартного температурного режима.

Список литературы:

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
2. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85».
3. Иванов В.Н. Проблема нормирования требований к пределам огнестойкости общественных зданий» Международный семинар «Пожарная безопасность объектов хозяйствования», 2018. – 210 с.
4. Рекомендации по расчету пределов огнестойкости строительных конструкций. – М.: 2017. – 195 с.