Здания сооружения и их устойчивость при пожаре

103. Поведение строительных конструкций в условиях пожара

Нагрузки и воздействия, которым подвергается здание в нормальных условиях эксплуатации, учитывают при расчете прочности строительных конструкций. Однако при пожарах возникают дополнительные нагрузки и воздействия, которые во многих случаях приводят к разрушению отдельных конструкций и зданий в целом. К неблагоприятным факторам, действующим на конструкции при пожаре, относятся: высокая температура, давление газов и продуктов горения, динамические нагрузки от падающих обломков обрушившихся элементов здания и пролитой воды, резкие колебания температур. Способность конструкции сохранять свои функции (несущие, ограждающие) в условиях пожара и сопротивляться воздействию огня называется огнестойкостью строительной конструкции.

104.

Понятие о структуре материалов. Кристаллические и аморфные ела. Композиционные материалы. Основные теплофизические, механические, пожарно-технические свойства и характеристики. Методы их определения. Понятие об ОФП. Классификация материалов по пожарной опасности, их аттестация.

Аморфные тела и кристаллы. Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направлениям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела являются изотропными телами. Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется беспорядочностью расположения составляющих их атомов и молекул. Твердые тела, в которых атомы или молекулы расположены упорядоченно и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, называются кристаллами.

Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных направлениях. Это свойство кристаллов называетсяанизотропностью. Кристалл поваренной соли при раскалывании дробится на части, ограниченные плоскими поверхностями, пересекающимися под прямыми углами. Эти плоскости перпендикулярны особым направлениям в образце, по этим направлениям его прочность минимальна.

Композицио́нныйматериа́л (КМ), компози́т — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители). В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жёсткость и т. д.), а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Общая физическая подготовка (ОФП) – это система занятий физическими упражнениями, которая направлена на развитие всех физических качеств(сила, выносливость, скорость, ловкость, гибкость) в их гармоничном сочетании. В основе общей физической подготовки может быть любой вид спорта или отдельный комплекс упражнений, например гимнастика, бег,бодибилдинг, аэробика, единоборства, плавание, любые подвижные игры. Главное избежать узкой специализации и гипертрофированного развития только одного физического качества за счет и в ущерб остальных.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ (МАТЕРИАЛОВ) ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ - основывается на их способности образовывать пожаровзрывоопасные среды. По горючести твёрдые вещества (материалы) подразделяются на горючие (Г) и негорючие (НГ). В классе горючих веществ (материалов) трудногорючие вещества (ТГ) выделяются в отдельную группу. По пожаровзрывоопасности жидкости подразделяются на ЛВЖ и ГЖ в зависимости значения температуры вспышки жидкости, горючести пыли подразделяются на взрывоопасные и пожароопасные в зависимости от дисперсности и значения НКПР. По способности к распространению пламенитвёрдые вещества (материалы) в зависимости от величины индекса распространения пламени (I) подразделяются на:

105. Растворы, бетоны и их применение в строительстве. Классификация. Поведение бетонов в условиях пожара. Основные теплофизические и механические характеристики при нагревании бетона. Основная сфера применения вяжущих — приготовление  строительных  растворов  и  бетонов.

Строительный раствор — искусственный каменный материал, отвердевшая смесь вяжущего, мелкого заполнителя и воды. Для некоторых специальных растворов вводят добавки, органические или минеральные. Раствор получается в результате отвердения пластичной растворной смеси, которую часто неправильно называют раствором (видимо,   в  целях  упрощения). Классификация строительных растворов По назначению строительные растворы делят: на кладочные для каменных кладок и кладки стен из крупных элементов; отделочные для штукатурки, изготовления архитуктурных деталей, нанесение декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие некоторыми ярко выраженными или особыми свойствами (акустические, рентгенозащитные, тампо-нажные и т.д.). Специальные растворы имеют узкое применение. 106.Пределы огнестойкости растянутых сжатых и изгибаемых элементов - конструкций, а также элементов, работающих в условиях сложного сопротивления. Расчёт предела огнестойкости соединений на стальных цилиндрических нагелях с деревянными и стальными накладками. Несущая способность нагельного соединения утрачивается в результате уменьшения размеров соединяемых деревянных элементов и деревянных накладок, вызванного обугливанием древесины, а также снижением прочностных характеристик древесины и стали, из которой изготовлены нагели и соединяющие элементы.

За предел огнестойкости нагельного соединения элементов деревянных конструкций принимается минимальное время наступления предельного состояния самого нагельного соединения или используемых в конструкции узла соединяющих элементов, выполненных в виде стальных башмаков и деревянных или стальных накладок.

107.ПРИЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Огнезащита строительных конструкций осуществляется:

- пропиткой материалов антипиренами;

- покрытием поверхности огнезащитными красками (толщиной до 200 мкм);

- обмазкой огнезащитными пастами (огнестойкой мастикой и герметиками) толщиной до 2 см; - покрытием поверхности огнезащитными штукатурными растворами (толщиной 2 см);

- покрытием огнестойкими стеклообоями;

- защитой конструкции жёсткими экранами;

- огнестойкими листами, плитами, панелями, цилиндры и т.п.

АНТИПИРЕНЫ

Для повышения огнестойкости материалов используют специальные вещества - антипирены.

При воздействии огня на материал применение антипиренов базируется на плавлении легкоплавких веществ, вводимых в состав материала (например, солей борной кислоты - буры, Na2B4O7, солей фосфорной и кремниевой кислот: диаммоний фосфат, аммофос, сернокислый аммат), или на разложении при нагревании веществ, выделяющих газы, не поддерживающие горение (например, аммиак, сернистый газ). В первом случае часть тепла расходуется на плавление антипиренов, что повышает температуру воспламенения, во втором - негорючие газы, выделяющиеся при разложении солей, препятствуют распространению пламени.

Требования, предъявляемые к антипиренам:

- препятствовать горению и тлению защищаемого материала;

- не вызывать коррозии металлических частей;

- долговременность действия;

- не повышать гигроскопичных свойств древесины;

- не быть ядовитыми для людей и животных;

- не влиять на лакокрасочные покрытия, нанесённые на пропитанную древесину;

- обеспечивать (самостоятельно или совместно с вводимыми в одном растворе антисептиками) биостойкость пропитываемого материала;

- не создавать затруднений при механической обработке материала;

- не влиять на свойства пропитываемого материала;

- не быть дефицитными.

Одним из лучших антипиренов является диаммоний фосфат (NH4)2HPO4 (аммоний фосфорнокислый двузамещенный), который при нагревании выделяет окислы фосфора, покрывающие древесину защитной плёнкой, и негорючий газ - аммиак. Диаммоний фосфат обычно применяется в смеси с сульфатом аммония (NH4)SO4.

Хорошим антипиреном является также смесь фосфорнокислого натрия с сульфатом аммония.

В качестве антипирена может быть использована и смесь буры с борной кислотой (в соотношении 1:1).

Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения в антипирены должны добавляться антисептики (например, фтористый натрий), не снижающие огнезащитных свойств антипиренов.

Антипирены вводятся в древесину пропиткой в автоклавах или в горяче-холодных ваннах, а также при поверхностной обработке путем нанесения кистью или краскопультом.

ОГНЕЗАЩИТНАЯ КРАСКА

Огнезащитная краска - смесь связующего, пигмента и наполнителя, которая способна к самопроизвольному затвердению, причем образующаяся пленка может служить как для огнезащиты, так и для декоративных целей. Огнезащитные краски чаще всего готовятся с использованием калиевого жидкого (силикатного) стекла K2OnSiO2. Натриевый силикат (Na2OmSiO2), находящийся во влажных условиях, даёт на поверхности больше высолов - белых налетов, чем калиевый. В состав огнестойких силикатных красок входят в соответствующих пропорциях огнестойкие наполнители, белила, цветной пигмент, калиевое жидкое стекло и специальные добавки. В качестве наполнителя чаще всего используется молотый вспученный (невспученный) вермикулит, перлит, тальк, волокна каолиновой ваты, распушенного асбеста.

Огнезащитные краски заводского производства выпускаются в двухтарной упаковке. Сухую смесь смешивают с температуростойким связующим (жидкое стекло со средней плотностью - 1,3 - 1,4 г/куб.см с кремнийорганической краской типа ВН-30) на месте производства работ. При этом краска, готовая к употреблению, сохраняет свою пригодность (жизнестойкость) в течение 6-12 часов.

ПРИМЕНЕНИЕ

Огнестойкие краски на жидком стекле применяют для внутренних отделочных работ (огнезащитной покраски стен, потолков, огнезащитных занавесов в театрах, кинотеатрах и других зрелищных помещениях); для повышения огнестойкости деревянных конструкций из ДВП и ДСП.

Органосиликатные композиции можно использовать для покраски элементов экстерьера, металлических конструкций.

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ПАСТЫ И ШТУКАТУРКИ

Огнезащита строительных конструкций может осуществляться обмазкой, или механическим нанесением, например, набрызгом или напылением огнезащитными пастами и огнезащитными штукатурками.

Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 0,5 - 1 см, штукатурок - 2-4 см.

Основное отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных цементно-песчаных шпатлевок и растворных штукатурных смесей - это отсутствие в качестве связующего портландцемента и заполнителя в виде кварцевого песка. Как известно, портландцемент при твердении наряду с гидросиликатами, гидроалюминатами и гидроферритами выделяет гидроксид кальция (Са(ОН)2), который при действии температур свыше 550°С разлагается по реакции: Са(ОН)2 - СаО + Н2О. При тушении пожара водой (или просто в контакте с влажным воздухом) идет обратная реакция, при этом продукт гидратации увеличивается в объеме в 2 раза. Гашеная известь "рвет" поверхностный слой, образуются "дутики", трещины, которые способствуют проникновению огня внутрь конструкции. Составы с использованием кварцевого песка также не огнестойки: кристаллический кремнезем - основная составляющая природного песка, переходит при t = 573°С из "бетта" - модификации в "альфа", с увеличением в объеме. В результате слой штукатурки покрывается трещинами.

Огнезащитные пасты и штукатурные растворы готовят на основе жидкого стекла, строительного гипса, глиноземистого цемента, пуццолановых цементов. В качестве заполнителя используется вспученный (или невспученный) вермикулит, перлит, диатомит, трепел, вулканическая пемза, вулканический туф, трасс, мелкофракционный керамзит, шунгизит, некоторые молотые металлургические шлаки, золы ТЭЦ. Применяют также волокнистые наполнители: каолиновую вату и другие минеральные волокна, распушенный асбест.

Простейшие огнезащитные пасты делаются с использованием местных "тощих" глин в смеси с водным раствором сульфитно-дрожжевого щелока (СДЩ); гипсового теста с волокнистым минеральным наполнителем и СДЩ.

Их рекомендуется применять в сухих помещениях (при относительной влажности воздуха менее 65 %).

108.Решение теплотехнической задачи при обогреве конструкций в условиях режима пожара отличного от "стандартного"Для расчета предела огнестойкости конструкции по признаку I - потере теплоизолирующей способности, достаточно решения только теплотехнической задачи: расчета температуры прогрева при пожаре необогреваемой поверхности конструкции. [При расчете пределов огнестойкости конструкций важное значение имеет выбор нагрузки, действующей на конструкцию при пожаре. Стандарт СЭВ 1000 - 78 рекомендует при установлении пределов огнестойкости пользоваться нормативным уровнем нагрузки, который представляет собой наибольшее значение технологических нагрузок от оборудования, приборов, материалов, мебели и людей, а также средние значения ежегодных неблагоприятных атмосферных нагрузок.  109. Признаки, характеризующие степень повреждения железобетонных конструкций при пожаре. Классификация Конструкций подверженных огневому воздействию. Оценка несущей способности ж/б конструкций после пожара.

В условиях пожара в железобетонных конструкциях происходит необратимое снижение прочности бетона и арматуры, которое имеет существенное значение для определения предельного состояния и потери рабочих функций конструкции в нагретом или охлажденном состояниях.  Для предварительно напряженных конструкций немаловажное значение имеет сохранение предварительного напряжения в арматуре при пожаре и после пожара. Потеря предварительного напряжения в арматуре может
  происходить как вследствие ползучести арматуры, так и из-за ослабления анкерующих средств. Таким образом современные железобетонные конструкции ввиду большого разнообразия применяемых материалов и консруктивных решений по-разному сопротивляются воздействию пожара.
  В связи с этим важное значение приобретает единый критерий понятия предела огнестойкости железобетонной конструкции.

При пожаре железобетонные конструкции прогреваются до высоких температур по законам нестационарной теплопроводности. При этом скорость прогрева зависит от теплофизических свойств бетона, которые с повышением температуры существенно меняются

109.При обследовании большепролетных конструкций покрытия (оболочек) после пожара важным критерием является степень повреждения, нанесенного пожаром, которая зависит от максимальной температуры при пожаре, продолжительности пожара (указывается в отчете службы ЧС), взаимного расположения обследуемой конструкции и очага пожара (устанавливается по месту или с использованием общих архитектурных проекций отдельной части или целиком здания). Это те факторы, которые вызывают появление повреждений конструкции в виде трещин и отслоений бетона и удлинения арматуры (при температуре свыше 450 оС) и приводит к разупрочнению высокопрочной арматуры бортовых элементов или опорного кольца и снижению прочности бетона, а при высоких температурах (400–800 оС) — к структурным изменениям бетона (деструкции). При воздействии умеренно высоких температур (200–400 оС) и высоких температур (400–800 оС) разрушение бетона носит или относительно спокойный характер разрушения, или взрывообразный.

Повреждения конструкций при пожарах происходят в результате воздействия высоких температур. При этом ухудшаются эксплуатационные качества конструкций, снижаются прочность материала, сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры рабочего сечения. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчетная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.

При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции, как правило, приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества.

Рассмотрим более подробно поведение железобетонных конструкций при пожарах.

Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако под воздействием высоких температур снижаются его прочность и защитные свойства по отношению к заключенной в нем арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагревается сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

По некоторым данным, при температуре пожара Ю00...1100°Св течение одного часа арматура, расположенная в бетоне на глубине 2,5 см может нагреваться до температуры 550°С, при этом модуль упругости снижается на 40...60 %.

7. ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ, ПРОГИБОВ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОСЛЕ ПОЖАРА

7.1. Для определения несущей способности, прогибов и трещиностойкости железобетонных конструкций следует использовать общие принципы расчета, изложенные в СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Но при этом необходимо учесть изменение свойств бетона и арматуры после пожара введением дополнительных коэффициентов условий работы материалов (табл. 11 и 12).

Значения этих дополнительных коэффициентов зависят от класса арматуры, вида бетона и условий твердения бетона, от температуры нагрева бетона и арматуры при пожаре, от действия воды на железобетонные конструкции при тушении пожара; они учитывают изменение длительной прочности бетона после действия огня и внешней нагрузки, нарушение структуры бетона в контактной зоне арматуры после пожара.

7.2. Несущая способность, прогибы, трещиностойкость железобетонных конструкций после пожара определяются методом конечных элементов или послойным расчетом, принимая механические свойства бетона и арматуры каждого элемента или слоя с учетом температуры его нагрева при пожаре, определенной по методике разд. 3 настоящих Рекомендаций.

Методика расчета прогретых во время пожара железобетонных конструкций путем разбиения сечения конструкции на слои принимается согласно «Инструкции по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур» (СН 482-76).

7.3. Можно выполнить оценочный расчет несущей способности железобетонных конструкций после пожара длительностью не более 1 ч методом, изложенным в СНиП 2.03.01-84 без учета воздействия температур на бетон для сжатых железобетонных элементов (если не учитывать слои бетона, нагретые при пожаре до температур выше 200 °С). Результаты этого расчета используются только в ходе обследования железобетонных конструкций. При разработке проекта восстановления здания и конструкции расчет выполняется в соответствии с пп. 7.1 и 7.2 настоящих Рекомендаций.