2. Стан нормування вогнестійкості металевих конструкцій.

Дослідження показують, що в умовах пожежі порушення загальної стійкості будинку звичайно відбувається внаслідок обвалення стиснутих елементів (колон, стійок, підкосів), тому що вони є основними несучими елементами в каркасі будинку. При обваленні колон збиток досягає максимальних значень, тому що при втраті їхньої несучої здатності відбувається руйнування технологічного обладнання і знищення приміщень. Тому збереження несучої здатності будівельних конструкцій при пожежі протягом заданого часу є першочерговою задачею.

В даний час регламентують необхідні і визначають фактичні межі вогнестійкості будівельних конструкцій на основі температурного режиму «стандартного» пожежі.

Проведені в нашій країні і за кордоном дослідження показали, що температурні режими реальних пожеж у будинках істотно відрізняються від "стандартного", при цьому прогрів і втрата несучої здатності металевих колон відбувається за час більше або менше, чим передбачено нормами.

Таким чином, існуючий підхід до нормування вогнестійкості може привести як до невиправданого завищення запасу вогнестійкості, так і, в окремих випадках, до його заниження.

При розробці протипожежних норм приймалося , що пожежа в більшості приміщень суспільних будинків не перевищує однієї години "стандартного" режиму. Звідси випливало, що найменші необхідні межі вогнестійкості конструкцій будинків різного ступеня вогнестійкості є своєрідними коефіцієнтами запасу від впливу пожежі, що руйнує.

В останні роки значно збільшилися площі приміщень суспільних будинків при практично тій же місткості і площі віконних прорізів. У той же час значно зменшилася кількість спаленних матеріалів у приміщеннях, що викликало необхідність встановлення необхідних меж вогнестійкості будівельних конструкцій у будинках з урахуванням тривалості і температурних режимів пожежі.

Тривалість і температурний режим пожежі в приміщенні залежить від величини пожежного навантаження і її розміщення в приміщенні, розмірів і розміщення прорізів, швидкості вигоряння матеріалів і ряду інших фактів. Отже, дослідження поводження металевих конструкцій в умовах різних режимів пожежі є актуальною проблемою.

В Україні проводиться велика робота з удосконалювання протипожежних норм будівельного проектування. Це обумовлюється прагненням забезпечити безпеку об'єктів народного господарства і вимог будівельної практики. Метою протипожежного нормування в будівельній справі є забезпечення умов пожежної безпеки. Від наукової обґрунтованості умов пожежної безпеки залежить ефективність протипожежного нормування і забезпечення захисту об'єктів народного господарства.

Як правило, в основі нормування необхідних меж вогнестійкості будівельних конструкцій більшості країн лежить наступна трохи умовна схема (рис. 1.2). Мінімальні межі вогнестійкості встановлюються в залежності від факторів, зв'язаних із призначенням будинків або споруджень, їхньою висотою, обсягом, а також ступенем відповідальності конструкції. Тип конструкції, матеріал, з якого вона виготовлена, не повинні робити впливів на необхідну межу вогнестійкості М_тр.

Фактична межа вогнестійкості М_ф будівельної конструкції визначається контрольними дослідами, основу яких складає стандартна залежність температури у вогневій камері від часу, порядку дослідів, розміру зразків. Пропонована для будинку або спорудження конструкція повинна мати фактичну межу вогнестійкості не нижче необхідного будівельними нормами.

Рис. 1.2. Загальна схема розрахунку межі вогнестійкості по признаку втрати несучої здатності.

Цей підхід до нормування необхідних меж вогнестійкості конструкцій має істотні недоліки, тому що в неявній формі враховує тривалість пожежі в будинку або спорудженні, не бере до уваги фактичне пожежне навантаження в приміщеннях, що попереджають захисні заходи в них, не використовує техніко-економічне обґрунтування необхідних меж вогнестійкості. Це часто приводить до призначення нормативних вимог без достатнього наукового обґрунтування.

Крім того, у нормах визначилася невідповідність між показниками, що характеризують вогнестійкість будівельних конструкцій, і показниками, що характеризують пожежну небезпеку виробничих процесів. Якщо межа вогнестійкості будівельних конструкцій характеризується цілком визначеними чисельними значеннями часу, то пожежна небезпека виробництв визначається фізико-хімічними властивостями речовин, що самі по собі не є достатніми для встановлення можливої тривалості й інших параметрів, що характеризують розвиток пожежі.

Протипожежні вимоги до будинків і споруджень у США утримуються в єдиному будівельному статуті. Норми США розділяють усі будинки і спорудження по їх призначенню (суспільні, житлові, виробничі і т.д.) на десять груп і для кожної групи встановлюються мінімальні межі вогнестійкості конструкцій. Крім того, у залежності від основних типів використаних конструкцій (металеві, залізобетонні, дерев'яні і т.д.), будинки і спорудження поділяються на п'ять категорій, кожна категорія має межі вогнестійкості для конструкцій, виходячи з призначення (несущі стіни, перегородки і т.д.).

У нормах Великобританії передбачені заходи для підвищення вогнестійкості будівельних конструкцій, спрямовані на запобігання руйнування будинків і споруджень при впливі розрахункової пожежі. Критерієм вогнестійкості конструкцій є час до їхнього руйнування при вогневому досліді.

Будівельні норми Франції поділяють будинки і спорудження на групи, для кожної групи встановлені межі вогнестійкості основних будівельних конструкцій. По вогнестійкості будівельні конструкції поділяються на спаленні, вогнеперешкоджаючі і вогнестійкі.

Протипожежні норми Швеції розглядають вплив пожежі на конструкції як додаткове навантаження в процесі експлуатації. У той же час норми для будівельних конструкцій регламентують межі вогнестійкості в залежності від величини вогневого навантаження в приміщеннях.

Будівельні норми ФРН побудовані таким чином, щоб проектувальник для кожного конкретного приміщення в будинку міг розрахунком підібрати будівельні конструкції з необхідною межею вогнестійкості в залежності від величини розрахункового питомого навантаження зі спаленних матеріалів у приміщенні.

У Болгарських нормах підставою для призначення ступеня вогнестійкості суспільних будинків є їхня місткість або пропускна здатність. Кожного ступеня вогнестійкості відповідають мінімальні межі вогнестійкості основних будівельних конструкцій, поверховість і припустима площа забудови.

У нас у країні професором Мурашевим В.И. була запропонована залежність для визначення необхідної межі вогнестійкості будівельних конструкцій:

М₀ > К₀ , (1.1)

де М₀ - необхідна межа вогнестійкості будівельних конструкцій, година; К₀ - коефіцієнт вогнестійкості, що гарантує визначену надійність роботи конструкції при пожежі і залежний від призначення будинку і відповідальності конструкції;  - розрахункова тривалість пожежі, година.

Цей метод не знайшов відображення у вітчизняних будівельних нормах через відсутність точних даних про величину, склад і характер вигорянь, пожежного навантаження в приміщеннях і досить обґрунтованого методу визначення тривалості і температурного режиму пожежі.

В п'ятидесяті роки у ВНІІПБ в результаті проведених досліджень було встановлено, що в більшості житлових приміщень кількість пальних матеріалів складає приблизно 50 кг на одиницю площі підлоги, і при відношенні площі підлоги до площі віконних прорізів, рівному 7, розрахункова тривалість пожежі складає 1 годину по стандартному температурному режимі. Це знайшло застосування для призначення необхідних меж вогнестійкості будівельних конструкцій для будинків II ступеня вогнестійкості з урахуванням коефіцієнтів вогнестійкості, встановлених з аналізу поводження конструкцій в умовах реальних пожеж. Будівлі, у приміщеннях яких розрахункова тривалість пожежі може бути більше або менше 1 години, мають інший ступінь вогнестійкості.

Петерсон [Швеція] пропонує інший шлях визначення меж вогнестійкості несучих будівельних конструкцій на основі їхньої диференційованої оцінки. Він пропонує розрахувати зміну температури в конкретному приміщенні з урахуванням основних факторів: розрахункове вогневе навантаження, геометричні і вентиляційні характеристики приміщення, теплофізичні властивості конструкцій і ін. Визначити температурні поля в конструкції і зміну розрахункової несучої здатності в процесі пожежі N. Крім того, пропонує розрахувати те навантаження N^н, що повинна нести конструкція під час пожежі. Якщо несуча здатність конструкції за увесь час пожежі буде не менше розрахункового навантаження, то конструкція не зруйнується і буде задовольняти пред'явленим до неї вимогам до пожежі.

Грін М.Ф. [108] пропонує визначати межу вогнестійкості конструкцій по формулі:

(1.2)

де t_f - межа вогнестійкості; S_k - площа конструкцій, що обгороджують, (крім вікон); S_о- площа віконних прорізів; К - константа, що залежить в основному від розмірності і (1-1.3 хв) м²/кг; L - пожежне навантаження, кг.

У даній роботі передбачається, що такі фактори, як розташування палива, висота вікон, грають другорядне значення, якими можна зневажити.

Найбільш прогресивні роботи шведських вчених, вони рекомендують визначати необхідні межі вогнестійкості будівельних конструкцій за часом прогріву конструкцій до максимальних температур або за часом втрати конструкцією своєї несучої здатності.

У ряді інших робіт, виконаних за кордоном і в нашій країні, вимоги до вогнестійкості конструкцій будинків і умови, при яких конструкції не руйнувалися при пожежі, пропонують встановлювати по тривалості пожежі. Такий підхід приводить до того, що не враховується дійсна температура в конструкціях, а також продовження підвищення температури в конструкціях після закінчення горіння, у результаті чого може відбутися їхнє обвалення на цій стадії пожежі. Це дає підставу вважати, що необхідна межа вогнестійкості конструкцій повинна визначатися за часом досягнення максимальної температури в конструкції при кожнім з температурних режимів.

Таким чином, можна зробити висновок, що незважаючи на накопичений закордонними вченими великий досвід у вивченні вогнестійкості будинків залишається ще багато питань в обґрунтуванні необхідних меж вогнестійкості будівельних конструкцій, що вимагають детального вивчення. Недоліком існуючих методик нормування вогнестійкості будівельних конструкцій будинків є відсутність обліку інтенсивності і тривалості можливої пожежі, а також стадії загасання.

Проведений аналіз нормативних документів і результатів науково-дослідних робіт дає можливість встановити, що найбільш обґрунтовані вимоги до вогнестійкості будинків можуть бути розроблені на підставі вивчення впливу реальних пожеж з урахуванням поводження будівельних конструкцій у цих умовах.