Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре

Введение
Теоретическая часть
Расчёт фактического предела огнестойкости металлической фермы клееной деревянной балки
Расчёт фактического предела огнестойкости металлической фермы покрытия
Расчёт фактического предела огнестойкости деревянной балки покрытия
Проверка соответствия огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций. Вывод
Список используемой литературы.
Введение
В нашей стране строятся здания и сооружения различного назначения. Инвесторами строительства являются не только государственные структуры, но и разнообразные фирмы и ассоциации, а также физические лица. Наряду с обычными жилыми домами, дачными коттеджами, гаражами, магазинами, производственными и другими зданиями возводятся уникальные строения, не имеющие аналогов ни в российской, ни в мировой практике. Достаточно привести примеры четырехэтажного подземного торгового комплекса на Манежной площади в Москве, высотных зданий нового общественного центра «Москва-Сити», тоннельных развязок длиной до 3 километров третьего транспортного кольца в Москве, ледового дворца в Ярославле, триумфальной арки в Курске, нефтепирса в Махачкале, объектов Каспийского трубопроводного консорциума.
В строительных конструкциях зданий и сооружений используются различные материалы по происхождению и пожарной опасности. Конструктивные элементы из железобетона, кирпича, бетона способны в условиях пожара в течение десятков минут, а иногда даже нескольких часов сопротивляться огневому воздействию и не разрушаться. Стальные конструкции зданий при пожаре не горят, не распространяют огонь, но при 15-20 минутном огневом воздействии теряют несущую способность. Несколько дольше при горении продолжают выполнять несущие функции массивные деревянные конструкции, однако они способствуют распространению огня и развитию пожара. Конструктивные элементы из пластмасс, а также отделочные, теплоизоляционные, кровельные и другие материалы в условиях пожара, как правило, не только горят, но и выделяют опасные для человеческого организма токсичные продукты.
Знать пожарные свойства строительных материалов, оценивать поведение конструкций при пожаре, предлагать эффективные способы огнезащиты конструктивных элементов, проводить расчеты прочности и устойчивости зданий при огневом воздействии обязан инженер-проектировщик, инженер-строитель, инженер-эксплуатационник. Но в первую очередь это обязанность инженера пожарной безопасности.
3 Теоретическая часть
Железобетонные строительные конструкции
Железобетон – это технически возможное и экономически целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев – сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже ( в 10-20 раз) растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) – сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 1, а) [2].
Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки
В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0.5 – 0.7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250 – 300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых нормами значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура – на растяжение.
Поведение изгибаемых железобетонных элементов в условиях пожара.
ПЛИТЫ.
Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно ограждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит для них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для плит покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности (R). Для плит перекрытий предельными состояниями могут быть R, E, I, т.е. по потере несущей способности (R), теплоизолирующей (Е) способностей и по потере целостности (I).
Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным состоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в современных зданиях является предельное состояние по потере несущей способности. Это объясняется тем, что благодаря конструктивной особенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих функции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, другие предельные состояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью проявиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания плит на огнестойкость, проводимы по стандартному температурному режиму, подтверждают это .Сплошные железобетонные плиты, армированные горячекатаной стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты с мощными продольными ребрами, армированными по всей длине горячекатаной стержневой арматурой и двойными вертикальными каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую способность по нормальному сечению в пролете в результате образования пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных участках, равных ¼ пролета плиты. При этом потеря несущей способности аналогичных плит, армированных высокопрочной проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше. Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием температурных напряжений, возникающих из – за неравномерного прогрева по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и температуры. Этим объясняется характер разрушения – хрупкое скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.
Предел огнестойкости плит междуэтажных сборных плит сборных перекрытий наступает, как правило, вследствие потери несущей способности. Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования пластического шарнира.
Большие прогибы железобетонных перекрытий, разрушающихся в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне, указывает на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением температуры.
Необходимо учитывать, что предел огнестойкости изгибаемых конструкций, разрушающихся в результате образования пластического шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения огневого воздействия .
БАЛКИ
Исследования натурных пожаров, а также изучение результатов экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок в условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит. Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно. Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны .В статически определимых балках прогрев продольных арматурных стержней до критической температуры приводит к образованию пластического шарнира в сечении, где действует Mn,max , что и является причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела огнестойкости.
Существенное влияние на поведение балок в условиях пожара оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что при свободных шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении концов балок они имеют минимальную огнестойкость.
Статически неопределимые изгибаемые конструкции при нагреве снижают свою несущую способность за счет уменьшения прочности опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как и в случае статически определимых элементов, уменьшается в результате нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сечений происходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до высоких температур.
В условиях пожара в статически неопределимых стержневых элементах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за счет возникновения отрицательного температурного момента вследствие перепада температур по высоте сечения и отсутствии свободы поворота сечений. Из – за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему препятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент уменьшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на опорах.
КОЛОННЫ.
Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона.
В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад температур порядка 800 – 1000С с наименьшей температурой в центре сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн изменяется от первоначальной величины при 200С до нуля при критической температуры и выше. Это и определяет поведение колонн в условиях пожара.
Неравномерность прогрева вызывает перераспределение напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают при увеличении температурного перепада между средней частью сечения колонны и поверхностью ее обогрева (20 – 30 мин). В начальный период обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны сохранено и в средней части несколько разгружено.
Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя бетона до 600 – 8000С. Это приводит к уменьшению температурных напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития температурной ползучести, усадки, снижения прочности и деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.
После 1 – 1.5 часа огневого воздействия колонны начинают укорачиваться. Спустя 2 – 3 часа высота нагретых колонн примерно равна их высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и рабочая арматура, нагретые до температуры выше 6000С, теряют прочность и в дальнейшей работе практически участия не принимают. Колонна ведет себя аналогично бетонной. Колонны укорачиваться с возрастающей скоростью до момента их обрушения.
Характер разрушения железобетонных колонн с продольной гибкой и косвенной арматурой отличается от характера разрушения элементов только с продольным армированием.
Колонна с продольным армированием разрушаются под действием огня с отпаданием защитного слоя, выпучиванием рабочей арматуры и раздроблением бетона в ядре сечения, как правило, в средней части по высоте [2].
СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов больше пролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.
Конструкции стальные строительные классифицируют по:
- назначению;
- видам соединений;
- степени заводской готовности;
- условиям строительства и эксплуатации;
- ответственности.
По назначению конструкции подразделяют на:
- несущие (основные и вспомогательные);
- ограждающие;
- совмещающие функции несущих и ограждающих.
По видам соединения конструкции подразделяют на:
-сварные;
-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);
-клепаные;
-винтовые;
-комбинированные.
По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:
-полностью изготовленные на заводе;
-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.
По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:
-вида силового воздействия;
-степени агрессивности внешней среды;
-температурных условий;
-характера функционирования.
По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:
-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;
-воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.
По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:
-неагрессивных:
-слабоагрессивных;
-среднеагрессивных:
-сильноагрессивных.
По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:
-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;
-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;
-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;
-с температурой воздействия 100 — 150 °С;
-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;
-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.
По характеру функционирования конструкции подразделяют на:
-стационарные;
-сборно-разборные;
-передвижные.
По ответственности в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:
-может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;
-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;
-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.[6]
СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) — их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.
Конструкции стальные строительные классифицируют по:
- назначению;
- видам соединений;
- степени заводской готовности;
- условиям строительства и эксплуатации;
- ответственности.
По назначению конструкции подразделяют на:
- несущие (основные и вспомогательные);
- ограждающие;
- совмещающие функции несущих и ограждающих.
По видам соединения конструкции подразделяют на:
-сварные;
-болтовые (в том числе с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах);
-клепаные;
-винтовые;
-комбинированные.
По степени заводской готовности конструкции подразделяют на:
-полностью изготовленные на заводе;
-изготовленные на заводе в виде отправочных марок (элементов) и укрупняемые при монтаже.
По условиям эксплуатации и строительства конструкции подразделяют в зависимости от:
-вида силового воздействия;
-степени агрессивности внешней среды;
-температурных условий;
-характера функционирования.
По виду силового воздействия конструкции подразделяют на:
-воспринимающие постоянные, временные нагрузки и воздействия;
-воспринимающие, кроме постоянных и временных, особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических.
По степени агрессивности внешней среды конструкции подразделяют на эксплуатируемые в средах:
-неагрессивных:
-слабоагрессивных;
-среднеагрессивных:
-сильноагрессивных.
По температурным условиям возведения и эксплуатации конструкции подразделяют:
-с расчетной температурой минус 40 °С и выше;
-с расчетной температурой от минус 40 до минус 50 °С включ.;
-с расчетной температурой ниже минус 50 до минус 65 °С включ.;
-с температурой воздействия 100 — 150 °С;
-эксплуатируемые в отапливаемых зданиях и сооружениях;
-эксплуатируемые в неотапливаемых зданиях и сооружениях.
По характеру функционирования конструкции подразделяют на:
-стационарные;
-сборно-разборные;
-передвижные.
По ответственности в зависимости от опасности последствий, которые могут возникнуть при выходе конструкций из строя, различают конструкции, отказ которых:
-может привести к полной непригодности к эксплуатации здания или сооружения в целом либо значительной его части;
-может привести к затруднению нормальной эксплуатации здания или сооружения;
-не приводит к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.
ПОВЕДЕНИЕ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПОЖАРЕ.
Металл отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации и деформации ползучести. Это приводит к быстрому обрушению металлических колонн, балок (в пределах всего 0,12-0,25 часа), потере ограждающей и теплоизолирующей способностей ограждений.
Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности.
Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций:
- облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ);
- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.);
- нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных тонкослойных вспучивающихся красок;
- комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.
Огнезащитная эффективность составов подразделяется на 5 групп:
- 1-я - не менее 150 мин;
- 2-я - не менее 120 мин;
- 3-я - не менее 60 мин;
- 4-я - не менее 45 мин;
- 5-я - не менее 30 мин.
При определении группы огнезащитной эффективности составов не рассматриваются результаты испытаний с показателями менее 30 мин.
Также эффективным способом является спринклерное орошение элементов конструкции.
Промышленные здания и их конструкции
Элементы и конструктивные системы промышленных зданий
Классификация промышленных зданий
Промышленные предприятия делятся на отрасли производства, которые являются составной частью народного хозяйства. Промышленные предприятия состоят из промышленных зданий, которые предназначены для осуществления производственно-технологических процессов, прямо или косвенно связанных с выпуском определенного вида продукции.
Независимо от отрасли промышленности здания делятся на четыре основные группы: производственные, энергетические, здания транспортно-складского хозяйства и вспомогательные здания или помещения.
К производственным относятся здания, в которых осуществляется выпуск готовой продукции или полуфабрикатов. Они подразделяются на многие виды соответственно отраслям производства. Среди них механосборочные, термические, кузнечно-штамповочные, ткацкие, инструментальные, ремонтные и др.
К энергетическим относятся здания ТЭЦ (теплоэлектроцентралей), котельных, электрические и трансформаторные подстанции и др.
К зданиям транспортно-складского хозяйства относятся гаражи, склады готовой продукции, пожарные депо и др.
К вспомогательным зданиям относятся административно-конторские, бытовые, пункты питания, медицинские пункты и др.
Характер объемно-планировочного и конструктивного решения промышленных зданий зависит от их назначения и характера технологических процессов.
Здания подразделяют на четыре класса, причем к I классу относят те, к которым предъявляются повышенные требования, а к IV классу — постройки с минимальными требованиями. Для каждого класса установлены свои эксплуатационные качества, а также долговечность и огнестойкость основных конструкций зданий.
Установлены три степени долговечности промышленных зданий: I степени не менее 100 лет; II — не менее разделяют на одноэтажные, многоэтаж-50 лет и III — не менее 20 лет.
По архитектурно-конструктивным признакам промышленные здания подразделяются на одноэтажные, многоэтажные и смешанной этажности.
Производства, в которых технологический процесс протекает по горизонтали и характеризующиеся тяжелым и громоздким оборудованием, крупногабаритными изделиями и значительными динамическими нагрузками, целесообразно размещать в одноэтажных зданиях. В настоящее время в одноэтажных промышленных зданиях размещается около 75% промышленных производств.

В зависимости от числа пролетов одноэтажные здания могут быть одно и многопролетными (рис. 19.1). Пролетом называется объем промышленного здания, ограниченный по периметру рядами колони и перекрытий по однопролетной схеме. Расстояние между продольными рядами колонн называют шириной пролета.
В многоэтажных зданиях размещают производства с вертикально направленными технологическими процессами для предприятий легкой, пищевой, радиотехнической и аналогичных им видов промышленности (при нагрузках на междуэтажные перекрытия 45 к). Их, как правило, сооружают многопролетными (рис. 19.2). На первых этажах располагают производства, имеющие более тяжелое оборудование, выделяющие агрессивные сточные воды, в верхних — производства, выделяющие газовые вредности, пожароопасные и др.

По расположению внутренних опор промышленные здания разделяют на ячейковые, пролетные, зальные и комбинированные.
В зданиях ячейкового типа обычно используют квадратную сетку опор с относительно небольшим продольным и поперечным шагом. В этих зданиях технологические линии размещают в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
В зданиях пролетного типа, которые являются наиболее распространенными, ширина пролетов преобладает над шагом опор.
Здания зального типа характерны для производств, требующих значительных свободных площадей без внутренних опор.
Здания комбинированного типа представляют собой сочетание перечисленных выше типов.
По наличию подъемно-транспортного оборудования здания бывают крановые (с мостовым пли подвесным транспортом) и бескрановые.
По материалу основных несущих конструкций здания можно разделить: с железобетонным каркасом (сборным, сборно-монолитным и монолитным); со стальным каркасом; с кирпичными стенами и покрытием по железобетонным, металлическим или деревянным конструкциям.
Кроме перечисленных факторов промышленные здания и по другим признакам: по системе отопления, вентиляции, освещения, по профилю покрытия. Ниже будут рассмотрены особенности проектирования зданий и с учетом этих признаков. http://www.studfiles.ru/preview/4645605/

Основные понятия
Степень огнестойкости здания, наряду с функциональной и конструктивной пожарной опасности является одной из характеристик описывающих пожарную опасность здания.Здания, сооружения, строения и пожарные отсеки по степени огнестойкости подразделяются на здания, сооружения, строения и пожарные отсеки I, II, III, IV и V степеней огнестойкости ФЗ-123, ст.30. Данный показатель крайне важен при проектировании зданий и сооружений. От степени огнестойкости зависят конструктивные особенности и ряд других аспектов учитываемых при проектировании.
Определение степени огнестойкости
Порядок определения степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков устанавливается статьей 87 Федерального закона №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности":
1. Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков должна устанавливаться в зависимости от их этажности, класса функциональной пожарной опасности, площади пожарного отсека и пожарной опасности происходящих в них технологических процессов.2. Пределы огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать принятой степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков. Соответствие степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков и предела огнестойкости применяемых в них строительных конструкций приведено в таблице 21 приложения к настоящему Федеральному закону.
Соответствие степени огнестойкости и предела огнестойкости строительных конструкций
Согласно приложения №21 к Федеральному закону №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", пределы огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать следующим значениям.
Предел огнестойкости строительных конструкцийСтепень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков Несущие стены, колонны и другие несущие элементы Наружные ненесущие стены Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами) Строительные конструкции бесчердачных покрытий Строительные конструкции лестничных клеток
настилы (в том числе с утепли-телем) фермы, балки, прогоны внутренние стены марши и площадки лестниц
I R 120 E 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60
II R 90 E 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 90 R 60
III R 45 E 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 60 R 45
IV R 15 E 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15
V не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется
Примечание. Порядок отнесения строительных конструкций к несущим элементам здания, сооружения и строения устанавливается нормативными документами по пожарной безопасности.
Соотношение конструкции зданий, степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности
см. статью Пожарно-техническая классификация зданий, сооружений, строений и пожарных отсековУстаревшая методика оценки степени огнестойкости
В отмененном сейчас СНиП 2.01.02-85* Противопожарные нормы имелось приложение №2 Примерные конструктивные характеристики зданий в зависимости от их степени огнестойкости. Пользуясь этим приложением можно было оценить степень огнестойкости зданий и сооружений "на глаз". Такой способ безусловно не являлся объективным основанием для отнесения того или иного строения к той или иной СО, однако при тушении пожаров позволял РТП оценить пожарную опасность горящего здания в условиях отсутствия точной оперативной информации о нем и принять соответствующие меры для успешного тушения пожара.
СправочноеПримерные конструктивные характеристики зданий в зависимости от их степени огнестойкости
Степень огнестойкости Конструктивные характеристики
I Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов
II То же. В покрытиях зданий допускается применять незащищенные стальные конструкции
III Здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона. Для перекрытий допускается использование деревянных конструкций, защищенных штукатуркой или трудногорючими листовыми, а также плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке
IIIаЗдания преимущественно с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции - из стальных профилированных листов или других негорючих листовых материалов с трудногорючим утеплителем
IIIбЗдания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из цельной или клееной древесины, подвергнутой огнезащитной обработке, обеспечивающей требуемый предел распространения огня. Ограждающие конструкции - из панелей или поэлементной сборки, выполненные с применением древесины или материалов на ее основе. Древесина и другие горючие материалы ограждающих конструкций должны быть подвергнуты огнезащитной обработке или защищены от воздействия огня и высоких температур таким образом, чтобы обеспечить требуемый предел распространения огня.
IV Здания с несущими и ограждающими конструкциями из цельной или клееной древесины и других горючих или трудногорючих материалов, защищенных от воздействия огня и высоких температур штукатуркой или другими листовыми или плитными материалами. К элементам покрытий не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня, при этом элементы чердачного покрытия из древесины подвергаются огнезащитной обработке
IVаЗдания преимущественно одноэтажные с каркасной конструктивной схемой. Элементы каркаса - из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции - из стальных профилированных листов или других негорючих материалов с горючим утеплителем
V Здания, к несущим и ограждающим конструкциям которых не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня

Методика оценки соответствия степени огнестойкости зданий и сооружений требованиям пожарной безопасности
Оценка соответствия степени огнестойкости зданий и сооружений требованиям пожарной безопасности заключается в сопоставлении требуемой степени огнестойкости для рассматриваемого здания и фактической степени огнестойкости этого здания. Фактическая степень огнестойкости должна быть не меньше требуемого значение. Для определения требуемой степени огнестойкости пользуются нормативными документами определяющими требования пожарной безопасности для зданий данного типа. При определении фактической степени огнестойкости сопоставляют пределы огнестойкости строительных конструкций здания с требуемыми значениями для каждой из степеней огнестойкости . http://wiki-fire.org/
Способы расчёта предела огнестойкости железобетонной конструкции
Согласно СНиП 21-01-97 строительные конструкции характеризуются огнестойкостью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости.
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливают по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:
потери несущей способности (R);
потери теплоизолирующей способности (I);
потери целостности (Е).
Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.
Здания и сооружения, а также их части, выделенные противопожарными стенами (пожарные отсеки) подразделяются по степеням огнестойкости согласно Табл. 1.
Таблица 1.
Степень огнестойкости зданияПределы огнестойкости железобетонных конструкций в минутах не менее
несущие элементы здания наружные стены перекрытия междуэтажные (в т.ч. чердачные и над подвалом) элементы бесчердачных перекрытий лестничные клетки
настилы, в т.ч. с утеплителем фермы, балки, прогоны внутренние стены марши и площадки
I R 120 (R 180) Е 30 REI 60 (R 180) RE 30 R 30 REI 120 (R 180) R 60
II R 90 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 90 R 60
III R 45 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 60 R 45
Примечание: В скобках даны пределы огнестойкости для многофункциональных зданий и комплексов согласно МГСН 4.04-94.
К несущим элементам здания или сооружения относятся конструкции, обеспечивающие его общую устойчивость, геометрическую неизменяемость при пожаре: несущие стены, колонны, балки перекрытий, ригели, фермы, рамы, арки, связи, диафрагмы жесткости и т.п. Для несущих элементов здания, выполняющих одновременно функции ограждающих конструкций, например, к несущим стенам, помимо предела огнестойкости по несущей способности (R) должны предъявляться дополнительные требования по потере изолирующей способности (I) и потере целостности (Е).
Классификация зданий по степени огнестойкости осуществляется в соответствии с существующими отраслевыми нормами и правилами и зависит от назначения зданий, их площади, этажности, взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности производств, а также функциональных процессов.
За предал огнестойкости железобетонных конструкций принимается время (в минутах) от начала стандартного огневого воздействия до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости:
- по потере несущей способности (R) конструкций и узлов (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкции);
- по теплоизолирующей способности (I) - повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 160 °С, или в любой точке этой поверхности более чем на 190 °С по сравнению с температурой конструкции до нагрева, или прогрев конструкции более чем на 220 °С независимо от температуры конструкции до огневого воздействия;
- по целостности (Е) - образование в конструкции сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя.
Для несущих конструкций (балки, прогоны, ригели, колонны) предельным состоянием по огнестойкости является только потеря несущей способности конструкции (R).
Конструкции, которые имеют хрупкое разрушение по сжатому бетону (колонны с малым эксцентриситетом, изгибаемые переармированные элементы), за потерю несущей способности принимается полное разрушение во время пожара.
Для изгибаемых, внецентренно сжатых и растянутых с большим эксцентриситетом элементов, которые характеризуются развитием больших необратимых деформаций арматуры и бетона, за потерю несущей способности принимается развитие необратимых прогибов еще до того, как наступит полное разрушение конструкции.
Расчет предела огнестойкости конструкции по потере несущей способности (R) состоит из двух частей: теплотехнической и статической.
Теплотехнический расчет должен обеспечить время наступления предела огнестойкости, по истечении которого арматура нагревается до критической температуры, или сечение бетона конструкции сокращается до предельного значения при воздействии на нее стандартного температурного режима.
Статический расчет должен обеспечить недопущение разрушения и потери устойчивости конструкции при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима.
Расчет огнестойкости конструкций производится по нормативным сопротивлениям бетона и арматуры.
Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности (I), т.е. по нагреву необогреваемой поверхности более допускаемых температур (См. п. 4.3.) должен быть обеспечен теплотехническим расчетом. Расчет сводится к определению времени, по истечении которого температура на необогреваемой поверхности достигнет предельно допустимого значения.
Предел огнестойкости по целостности (Е) - по образованию сквозных отверстий или трещин, возникает в конструкциях из тяжелого бетона с влажностью более 3,5 % и из легкого бетона с влажностью более 5,0 % и плотностью более 1200 кг/м3. Потеря целостности при хрупком разрушении бетона резко уменьшает предел огнестойкости, поэтому целесообразно применять бетоны с ограничением расхода цемента, низким В/Ц и с более низким коэффициентом температурного расширения заполнителя.
Испытаниями установлено, что разрушение железобетонных конструкций при огневом высокотемпературном нагреве происходит по тем же схемам, что и в условиях нормальных температур. Поэтому для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности используются те же уравнения равновесия и деформаций, из которых выводятся формулы для статического расчета.
Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности базируется на общих требованиях расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и дополнительными указаниями, изложенными в настоящих Методических рекомендациях.
За нормативную нагрузку принимают наиболее неблагоприятные сочетания нормативных постоянных и временных длительных статических нагрузок согласно СНиП 2.01.07-85 и п. 1.12 СНиП 2.03.01-84*, существенно влияющих на напряженное состояние железобетонной конструкции при пожаре. В тех случаях, когда нельзя установить значение нормативной нагрузки, разрешается принимать ее равной 0,7 от расчетной нагрузки. Расчетная схема приложения нормативной нагрузки должна соответствовать проекту.
Несущая способность конструкций при огневом воздействии зависит от изменения свойств бетона и арматуры с ростом температуры. Во многих случаях уравнения предельного равновесия невозможно записать без результатов теплотехнического расчета. Решение теплотехнической задачи выполнимо лишь для конкретных промежутков времени с начала нагрева.
Нахождение условий предельного состояния строится на принципе последовательных приближений для заранее известных промежутков времени. В итоге предел огнестойкости определяется либо графически, либо аналитически в результате решения уравнений предельного состояния.
В простых случаях решение статической задачи по оценке огнестойкости сводится к определению значения критической температуры нагрева растянутой арматуры, поскольку она не зависит от результатов теплотехнической задачи, или вычисляют усилие, которое может воспринять сечение элемента при требуемом минимальном пределе огнестойкости. Если это усилие равно или больше нормативного, то требуемый предел огнестойкости обеспечен.
Вычисленные пределы огнестойкости должны быть не менее требуемых значений СНиП 21-01-97 (См. Табл. 1).
Для уникальных и особо ответственных сооружений и комплексов, относящихся к I-му повышенному уровню ответственности, отказы которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям (ГОСТ 27751, Изменение № 1), а также для конструкций, восстановление которых потребует больших сложностей и затрат, необходимо обеспечивать их огнесохранность после пожара.
За огнесохранность конструкции принимается такое ее состояние, при котором остаточная прочность или необратимые деформации позволяют обеспечить надежную работу после пожара. Расчет огнесохранности после пожара ведется при расчетных нагрузках и расчетных сопротивлениях бетона и арматуры после огневого воздействия.
При расчете огнестойкости и огнесохранности конструкции целесообразно рассматривать приведенные сечения. При этом расчетная площадь приведенного сечения бетона ограничивается изотермой критических температур нагрева бетона tb,cr. Критическая температура для тяжелого бетона на гранитном заполнителе 500 °С, на известняковом заполнителе и для конструкционного керамзитобетона 600 °С. При этом принимают tb > tb,cr bt = 0 и при tb tb,cr bt = 1.
Критическая температура нагрева арматуры ts,cr характеризует стадию образования пластического шарнира в растянутой зоне при огневом воздействии. http://files.stroyinf.ru/data1/7/7554/
Расчёт фактического предела огнестойкости металлической фермы
клееной деревянной балки
Исходные данные для выполнения курсового проекта

Рис. 2.1.8. Геометрическая схема фермы V ФС 36 – 5, 55 В
Таблица 1
Исходные данные для первого пожарного отсека
Длина здания
L1, м Ширина здания L2, м Категория пожарной опасности здания Количество этажей
102 36 А 3
Таблица 2
Исходные данные для второго пожарного отсека
Назначение Площадь, м2 Категория склада Количество этажей
Склад готовой продукции в сгораемой таре
5600 В 3
Таблица 3
Исходные данные для фермы V ФС 36 – 5, 55 В
№
узла Обозна-
чениеэлемента Вид про-
филя, раз-
меры попе-
речного
сечения, мм Длина
l , мм Марка
стали Толщина
соедини-
тельной
пластины
bf , мм Усилие
N , kH7
Р5
П2
Р6
05
06 L 100x6,5
L 12
L 75x5
L 140x9
L 140x9 4300
3426
4300
3000
3000 Вст3 пс6
-- "" –
-- "" –
14Г2
-- "" – 10
-- "" –
-- "" –
-- "" –
-- "" – +197
+220
+97 (-52)
-1030
-1080
Таблица 4
Исходные данные для деревянной балки покрытия
Расчет ный пролет L, м Размеры поперечного сечения, мм Полная расчетная нагрузка на балку q, кПа Шаг балок аб, м Сорт древесины Количество обогреваемых сторон Длина балки, на которой произошло обрушение связей lpc, м Номера узлов опирания балок и крепления элементов связи
Высота h Ширина Вб12 780 120 2,5 3 2 4 4,5 1;5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ
Исследуемое здание состоит из двух пожарных отсеков.
Класс функциональной пожарной опасности [2] для первого пожарного отсека – Ф 5.1; для второго пожарного отсека – Ф 5.2.
Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций первого пожарного отсека здания. Здание производственное, трёхэтажное, категория пожарной опасности – А (см. исходные данные табл.1 прил. 1). Площадь этажа S в пределах пожарного отсека равна:
S=L1∙L2=102∙36=3672 м2.
где: L1 и L2 – соответственно длина и ширина здания, м. (см. исходные данные табл.1 прил. 1).
В соответствии с табл. 5 требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0.
Определим требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций второго пожарного отсека здания.
Здание складское, одноэтажное, категория склада – В. Площадь этажа в пределах пожарного отсека равна 5600 м2. (см. исходные данные табл.2 прил. 1).
В соответствии с табл. 1 требуемая степень огнестойкости здания – IV; требуемый класс конструктивной пожарной опасности – С0, С1, но принимаем класс конструктивной пожарной опасности С0 (предъявляющий наиболее высокие требования к конструкциям.
Требуемую степень огнестойкости для всего здания определять не требуется, так как в связи с наличием противопожарной стены между отсеками огонь не сможет перейти из одной части здания в другую, а в случае горения всего здания пожар в каждом отсеке будет рассматриваться как отдельный. Поэтому фактические показатели огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требуемым для конструкций только тех отсеков, в которых они располагаются.
В соответствии с табл. 4 [2] выберем требуемые пределы огнестойкости к основным конструкциям здания, которые и запишем в табл. 1.1.
Таблица 1.2.
Требуемые пределы огнестойкости основных строительных конструкций здания
Степень огнестойкости здания Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее
Несущие элементы здания Наружные ненесущие стены Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами) Элементы бесчердачных покрытий Лестничные клетки
Настилы (в том числе с утеплителем) Фермы, балки, прогоны Внутренние стены Марши и площадки лестниц
IV R 15 Е 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15
Требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2.
Требуемые классы пожарной опасности основных строительных конструкций здания
Класс конструктивной пожарной опасности здания Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже
Несущие стержневые элементы (колонны, ригели, фермы и др.) Стены наружные с внешней стороны Стены, перегородки, перекрытия и бесчердачные покрытия Стены лестничных клеток и противопожарные преграды Марши и площадки лестниц в лестничных клетках
C0 K0 K0 K0 K0 K0
Далее будут определены фактические пределы огнестойкости основных строительных конструкций проектируемого здания, проведена проверка соответствия их требованиям норм, а также предложены мероприятия по повышению огнестойкости этих конструкций в случае не соблюдения условий пожарной безопасности.
РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ
Высокая теплопроводность металла позволяет выполнить расчет стальных несущих конструкций по времени прогрева конструкции до критической температуры. Для каждого из элементов фермы следует определить величину критической температуры, то есть решить статическую задачу, а затем решить теплотехническую задачу по определению предела огнестойкости конструкции.
Статический расчет
Расчет растянутых элементов заданного узла фермы
Расчет производится из условия снижения прочности (предела текучести стали) до величины напряжения, возникающего в элементе от внешней (нормативной, рабочей) нагрузки.
Рассматриваем узел 7 (рис. 1 прил. 2). Растянутыми элементами (в соответствие с табл. 3 прил. 1) являются стержни: Р5, П2 и Р6.
Расчет усилий, воспринимаемых элементами от нормативной нагрузки:
NnН1=N(H1)Yf=1971,2=164,1 кН;
NnН1=N(H1)Yf=2201,2=183,3 кН;
NnН1=N(H1)Yf=971,2= 80,8 кН;
где N(Р5). N(П2). N(Р6) – расчетные усилия, воспринимаемые элементами фермы (табл.3 прил. 1), Н;
Yf – усредненное значение коэффициента надежности по нагрузке, равный 1,2.
Рассчитаем коэффициент изменения предела текучести стали, соответствующий критической температуре нагрева растянутых элементов фермы:
Yytcr=Nn(H1)A(H1)Ryn=164,1∙1032∙12,8∙10-4∙325∙106=0,21;Yytcr=Nn(H1)A(H1)Ryn=183,3∙1032∙2∙10-4∙325∙106=0,14;Yytcr=Nn(H1)A(H1)Ryn=80,8∙1032∙24,7∙10-4∙245∙106=0,67;где А(Н1); А(Р2); А(Н2) – площади поперечного сечения элементов фермы, м2, принимают с учетом количества профилей, на которые передается усилие от внешней нагрузки.
В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков (рис 2.1.). Размеры уголка находятся (прил.2). См. Приложение 2. Сортимент прокатных стальных уголков ГОСТ 27772-88

Рис.1.1. Сечение элементов фермы
Ryn – нормативное сопротивление стали по пределу текучести определяется в зависимости от марки стали прил. 2 (приложение 2. Рис 6)
Несущая способность сжатых элементов исчерпывается при критических напряжениях, меньших, чем предел текучести. Это объясняется тем, что сжатые элементы теряют эксплуатационные качества не от разрушения сечения, а от потери устойчивости (выпучивания) стержня, поэтому сжатые элементы рассчитывают на устойчивость с учетом коэффициента φ (коэффициента продольного изгиба).
Расчет сжатых элементов заданного узла фермы
В связи с выше сказанным расчет производится по потере устойчивости (выпучивания) сжатых элементов. Этот расчет можно провести по двум методикам:
1. Расчет элементов на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ.
2. Из условия снижения модуля упругости стали до критической величины (что приводит к недопустимому прогибу элемента).
Сжатыми элементами (в соответствие с табл. 3 прил. 1) являются стержни: С1 и Р3.
Расчет на устойчивость с учетом коэффициента продольного изгиба φ
Рассчитываем предел огнестойкости сжатых элементов фермы из условия устойчивости с учетом коэффициента продольного изгиба.
Определим гибкость в вертикальном направлении прогиба элементов фермы:
ƛx(C1)=lx(C1)lx(C1)=430012,8=335,93;ƛx(C1)=lx(C1)lx(C1)=34262,51=1364,94;где lx – расчетная длина элемента в вертикальном направлении прогиба (табл. 2.1), мм;
ix – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «x» (п.1.1.4. [5]), мм.
См. Приложение 2. Сортимент прокатных стальных уголков ГОСТ 27772-88
Таблица 2.1.
Расчетная длина элемента при его различных направлениях прогиба (п. 1.5.[5])
Направление прогиба Расчетная длина элемента, мм
Р5 П2
Вертикальное lx = 0,8 l = 4300 lx = l = 3426
Горизонтальное ly = l = 3000 ly = l = 4300
Примечание: l – длина элемента (табл. 3 прил. 1.).
Определим гибкость в горизонтальном направлении прогиба элементов фермы:
ƛx(C1)=lx(C1)lx(C1)=43007,39=581,8;ƛx(C1)=lx(C1)lx(C1)=300024,7=121,45;где ly – расчетная длина элемента в горизонтальном направлении прогиба (табл. 2.1), мм;
См. Приложение 2. Сортимент прокатных стальных уголков ГОСТ 27772-88
iy – радиус инерции поперечного сечения элемента относительно оси «y» (п. 1.1.4. [5]), мм. При определении iy следует учесть, что расстояние между уголками, из которых составлен элемент фермы, равно толщине соединительной пластины (δf), к которой они приварены с двух сторон (п. 1.6. [5]).
Максимальная величина гибкости элемента фермы принимается равной наибольшей из гибкостей элемента в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть:
ƛ max(Р5) = 1364,94;
ƛ max(П2) = 581,9.
Коэффициент продольного изгиба элемента фермы принимается в зависимости от max (если ƛ max ≤ 40, то φ= 1; если ƛ max > 40, то φ= 0,95) и равен:
для ƛmax(Р5) = 1364,94 > 40 (Р5) = 0,95;
для ƛmax(П2) = 581,9 > 40 (П2) = 0,95.
Таким образом,
ƛ (Р5) = ƛ (П2) = 0,95.
Усилия, воспринимаемые элементами от нормативной нагрузки, равны
NnН1=N(05)Yf=10301,2=858,3 кН;
NnН1=N(06)Yf=10801,2=900 кН;
Определим коэффициент изменения предела текучести стали при критической температуре нагрева сжатых элементов фермы из условия прочности с учетом коэффициента продольного изгиба:
Yytcr=Nn(05)A(H1)Rynφ=858,3∙1032∙24,7∙10-4∙325∙0,95=0,57;Yytcr=Nn(06)A(H1)Rynφ=900∙1032∙24,7∙10-4∙325∙0,95=0,60;Расчет из условия снижения модуля упругости стали до критической величины
Для расчета определим коэффициент изменения модуля упругости стали элементов фермы:
Ye(P5)=Nn(05)l2(05)π2EnJmin⁡(05)=1364∙103(4300∙10-3)23,142∙2,06∙1011∙211,77∙10-8=0,430Ye(P5)=Nn(06)l2(06)π2EnJmin⁡(06)=1364∙103(4300∙10-3)23,142∙2,06∙1011∙105,77∙10-8=0,290где π=3,14;
En – нормативное значение модуля упругости стали, равное 2,06∙1011Па;
jmin – минимальное значение момента инерции поперечного сечения элемента, m4, равное:
Jmin(П2)=Imin052∙2AП2=2,47∙10-22∙2∙8,63∙10-4=105,30∙10-8m4Jmin(Р5)=Imin062∙2AР5=2,76∙10-22∙2∙13,9∙10-4=211,77∙10-8m4где imin минимальное значение радиуса инерции поперечного сечения элемента из значений ix и iy, м, то есть:
imin(П2) = 2,47 x 10-2 м;
imin(Р3) = 2,76 x 10-2 м.
По графику определяем числовые значения критической температуры tср в зависимости от величин tytsr и te (для сжатых элементов). Полученные данные сведем в таблицу 2.2:
Таблица 2.2.
Значения критической температуры tср в зависимости от величин tytsr и teЭлементы фермы
Растянутые Сжатые
Р5 П2 Р6 05 06
tytsr0,21 0,14 0,67 0,50 0,60
te---- ---- ---- 0,430 0,290
tср°C610
---- 640
---- 500
---- 670
700
Примечание: в числителе –tср, найденная в зависимости от tytsr;
в знаменателе – tср, найденная в зависимости от teРезультатом статической части расчета будут являться критические температуры рассматриваемых элементов конструкции полученные по графику.
Для теплотехнического расчета берутся минимальные значения tср, то есть:
tсрР5=610°CtсрП2=640°CtсрР6=500°Ctср05=670°Ctср06=700°CТеплотехнический расчет
Определим толщину сечения элементов фермы, приведенных к толщине пластины (рис. 1.1). Сечение элементов фермы
bпр=АUгде А – площадь поперечного сечения элемента фермы, м2 ; В узлах фермы каждый элемент выполнен из двух уголков (рис 1.1.). Размеры уголка находятся (прил.1 табл.3). Площадь одного уголка принимается по ГОСТ. Сортимент прокатных стальных уголков ГОСТ 27772-88;
U– длина обогреваемого периметра сечения элемента фермы, м (каждый уголок обогревается со всех четырех полок);
U=8bf,где bf – ширина полки уголка, м
Таким образом,
bПР(Р5)=А(Р5)8bf(р5)=2∙12,8∙10-48∙4,43∙10-3=0,0715 м;bПР(П2)=А(П2)8bf(П2)=2∙2∙10-48∙2,43∙10-3=0,0203 м;bПР(Р6)=А(Р6)8bf(Р6)=2∙7,39∙10-48∙3,42∙10-3=0,0533 м;bПР(05)=А(05)8bf(05)=2∙24,7∙10-48∙6,1∙10-3=0,100 м;С использованием графиков изменения температуры нагрева незащищенных стальных пластин от времени нагрева и приведенной толщины металла при стандартном температурном режиме пожара строим графики изменения температуры стержней заданного узла фермы от времени их нагрева.
Для каждого элемента по графикам определяем значения времени прогрева t до критической температуры, то есть утраты их несущей способности. Найденные значения сведем в таблицу
Таблица 2.3.
Время прогрева до критической температуры t элементов фермы
Элемент фермы
Р5 П2 Р6 05 06
Время прогрева до критической температуры t, мин 13 15 23 18 20
Результатом решения теплотехнической части задачи будет определения наименьшего фактического предела огнестойкости узла фермы.
Вывод:
Фактический предел огнестойкости (Пф) принимают равным минимальному значению времени утраты несущей способности элементов фермы, то есть 13 мин (для элемента Р5).
РАСЧЕТ ФАКТИЧЕСКОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПОКРЫТИЯ
Фактический предел огнестойкости балки определяют по минимальному значению (Пф), вычисленному из следующих трех расчетных условий.
Первое условие - потеря прочности по нормальным напряжениям
Второе условие - потеря прочности по касательным напряжениям
Третье условие - потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания (Z) древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связей.
Расчет по условию потери прочности по нормальным напряжениям
Определять требования к балке по огнестойкости будем расчетным методом с учетом действующей на балку нормативной нагрузки.
Нормативная нагрузка на 1 погонный метр длины балки:
qn=q∙aγf=2,5∙31,2=6,25кН/м.Изгибающий момент от действия нормативной нагрузки в сечении балки, находящемся на расстоянии lpc :
Mlpc=qn2L2-lpcL2-lpc=6,252122-4,5122-4,5=70,31 кНм.Поперечная сила от нормативной нагрузки:
Qn=qnL2=6,25∙122=37,5Расчет по условию потери прочности по касательным напряжениям
От действия силы Qn в опорных сечениях конструкции возникают максимальные касательные напряжения.
Коэффициент изменения прочности по нормальным напряжениям:
ƞw=MlpcWRfw=70,31∙103 12,16∙10-3∙26∙106=5,78где W – момент сопротивления для прямоугольного сечения, равный:
w=Вб∙h26=120∙78026=12,16∙10-3м3;Rfw – расчетное сопротивление древесины изгибу при нагреве, равное 26 МПа (прил1. табл 2) для сорта древесины 2).
Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (n=Rfw), при действии нормальных напряжений.
По монограмме (прил.2 Рис.8.2) для числа обогреваемых сторон 4,
hВб = 780 / 120 = 6,5 и w = 0,010 определяем, что:
zcrw = 0,25 x Вб = 0,010 x 120 = 12 мм (так как найденная точка лежит ниже штрихпунктирной линии).
Коэффициент изменения прочности по касательным напряжениям:
ƞa=3Qn2B6hRfqs=3∙37,5∙103 2∙120∙10-3∙780∙10-3∙1,1∙106=1125000,24∙0,78∙1100000=0,54где Rfqs – расчетное сопротивление древесины скалыванию, равное 1,1 МПа (для сорта древесины 2).
Определим критическую глубину обугливания, при достижении которой наступает предельное состояние конструкции по огнестойкости (n = Rfqs), при действии касательных напряжений.
По монограмме (прил.2.табл 8.2 для числа обогреваемых сторон 4,
hВб = 780 / 120 = 6,5 и w = 0,7 определяем, что
zcra = 0,025 h = 0,025 x 780 = 19,5 мм.
Из двух значений, zcrw и zcrа , выбираем наименьшее, таким образом
zcra = 19,5 мм.
Определим время при пожаре от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния конструкции по огнестойкости:
tcr = zcr / v = 19,5 / 0,6 = 32,5 мин ,где v - скорость обугливания древесины, равная для сечения 990х160 мм и клееной древесины 0,6 мм / мин (прил.1 таб.11]).
Фактический предел огнестойкости балки составляют:
Пф = tзо + tcr = 5 + 32,5 = 37,5 мин = 0,77,5 ч ,где tзо – время задержки обугливания, то есть время при пожаре от начала воздействия температуры на древесину до ее воспламенения, равное 5 мин [7]
Расчет по условию потери прочности плоской фермы
Потеря устойчивости плоской формы (деформирования) изгибаемых конструкций, находящихся в условиях пожара, зависит не только от глубины обугливания древесины, но также и от возможного выхода из строя нагельных соединений элементов связи.
Поскольку на заданной части длины (lpc) время утраты несущей способности стальных креплений связей τpc = 15 мин. (0,25 ч.), то за это время значение глубины обугливания поперечного сечения балки с учетом того, что время задержки обугливания (τ30 = 5 мин.) можно определить, исходя из соотношения:
Z1=Tpc-T30∙V=10∙VДля определения критического значения глубины обугливания, из условий сохранения устойчивости плоской формы (деформирования), необходимо:
В пределах граничных значений (Z1 = 10·0.6 = 6 мм) и (Zi = 0.25·Bб = 35 мм) произвольно выбрать не менее трех значений глубины обугливания:
Z2 = 10 мм; Z3 = 20 мм; Z4 = 30 мм.
Определить параметры (h/Bб = 7) и (Zi/h):
Z1/h = 6/780 = 0,00769
Z2/h = 10/780 = 0,0128
Z3/h = 20/780 = 0,0256
Z4/h = 30/780 = 0,0384
Z5/h = 35/780 = 0,0448
Определить по графикам значения коэффициентов (ηw3(i)): (См. Приложение 2 Рис.8.1)
ηw3(1)=0,35; ηw3(2)=0,45; ηw3(3)=0,10;ηw3(4)=0,45; ηw3(5)=0,48.
К – количество сторон балки по высоте ее сечения, подвергающихся обугливанию (при трехстороннем обогреве К=1, четырехстороннем – К=2.
φfm1=0,76;φfm2=0,89;φfm3=0,66;φfm4=0,46;φfm5=0,44
Вычислить величины напряжений в балке от внешней нагрузки, изменяющихся с уменьшением размеров поперечного сечения балки в результате ее обугливания на различную глубину:
σfw1=8,6 МПа;σfw2=10,3 МПа;σfw3=23,5 МПа;
σfw4=45 МПа; σfw5=52,8 МПа.
Tcr=ZcrV=180,6=30 мин.Вывод: Фактический предел огнестойкости балки принимают минимальное значение (Пф), которое наступает по третьему условию потери устойчивости плоской формы. Пф-35 мин.

ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОПОЖАРНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ОГНЕСТОЙКОСТИ
Для каждого пожарного отсека проверяемого здания в первом разделе были определены нормативные показатели огнестойкости.
Проверка соблюдения условий пожарной безопасности состоит в сравнивании величин фактического предела огнестойкости с требуемым пределом огнестойкости
Необходимо сравнить данные о требуемых (см. табл. 1.1, 1.2) и фактических значениях параметров огнестойкости всех строительных конструкций здания.
Строительные конструкции соответствуют требованиям норм по пределу огнестойкости при соблюдении условия:
Пф≥Птр,
где: Пф – фактический предел огнестойкости, мин;
Птр – требуемый предел огнестойкости, мин.
Если имеется не соответствие пожарной безопасности, то необходимо провести мероприятия по повышению фактического предела огнестойкости балки путем огнезащитной обработки
Предусмотренные проектом строительные конструкции отвечают требованиям норм по классу пожарной опасности, если их класс пожарной опасности Кф соответствует классу пожарной опасности, установленному нормами Ктр, и в случае, если проектом предусматривается использование менее пожароопасных строительных конструкций.
На основании проведенных расчетов, можно сделать вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека и деревянной балки покрытия второго пожарного отсека.
Выбор и обоснование способа огнезащиты металлической фермы покрытия
Без технико-экономического расчета в качестве способов огнезащиты можно принять следующие: нанесение вспучивающейся краски, фосфатного покрытия, штукатурки и другие.
Требуемый предел огнестойкости фермы составляет 0,27 ч или 13 мин Из множества огнезащитных покрытий покрытие ОВПФ-1 является наиболее эффективным с экономической точки зрения. И сможет обеспечить выполнение условия пожарной безопасности.
Выбор и обоснование способа огнезащиты деревянной балки покрытия и узлов соединения
Огнезащиту конструкций из древесины можно осуществить с помощью покрытия их огнезащитными красками, обмазками, глубокой пропиткой антипиренами, а также оштукатуривания с толщиной штукатурки не менее 2 см и другими способами.
По проведенным расчетам для клееной деревянной балки минимальный Пф наступает по третьему условию - потери устойчивости плоской формы (деформирования балки), следовательно необходимо разработка технических решений, обеспечивающих огнезащиту балки и узлов соединений, т.е необходимо предусмотреть защиту узловых элементов связей с балками.
Стальные элементы в опорных узлах балок не воспринимают усилия, а служат для фиксации конструкций в проектном положении..Выход из строя в условиях пожара этих элементов, а также связей конструкций покрытия здания, может привести к потере балками (от действия горизонтальных нагрузок) своего проектного положения. Поэтому желательно защищать эти элементы от прямого воздействия высоких температур. Открытые стальные детали рекомендуется защитить вспучивающейся огнезащитной краской или закрывать цементно-стружечными плитами.
Вывод:
В соответствии с целью курсовой работы после выполнения 2-х основных частей были определены соответствия основных конструкций здания требованиям пожарной безопасности, определены фактические степень огнестойкости и класс конструктивной пожарной опасности здания.
На основании данных, сделан вывод о необходимости разработки технических решений для повышения огнестойкости металлической фермы покрытия первого пожарного отсека и деревянной балки второго пожарного отсека.
Разработаны технические решения и предложения по повышению их огнестойкости и снижению пожарной опасности.
Список литературы
Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». – М.: Ось-89, 2009. – 176 с. – (Федеральный закон).
Расчет предела огнестойкости железобетонных строительных конструкций // Учебно-метод. пособие и задания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» / М.В. Акулова, В.Ю. Емелин, Д.Б. Самойлов, Е.А. Павлов, О.В. Потемкина. - Иваново: ОН и РИГ ИвИ ГПС МЧС России, 2010.-37 с.
Пособие к СТО 36554501-006-2006 «Пособие по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций из тяжелого бетона»/под ред. А.Ф. Милованова – М: 2008, 131 с.
СНиП 31.03 -2001 «Производственные здания». – М.: Стройиздат, 2001 – 36 с.
Пособие по определению огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2-80)/ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.:Стройиздат, 1985. – 56 с.
СниП 21.01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений». –СПб: ДЕАН, 2003. – 48 с.
СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности»: Свод правил. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. – 60 с.
Мосалков К.И., Мальцев Г.В., Фролов А.Ю. Методические указания к выполнению контрольной работы №2 по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре». – М:Высшая инженерная пожарно-техническая школа МВД СССР, 1991. 96 с.
Демехин, В.Н. Здания сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебник / В.Н. Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина и др./ Под ред. И.Л. Мосалкова. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.- 656 с.