книги из ГПНТБ / Расчет конструкций убежищ

Г Л А В А VI.

РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ НА ТЕПЛОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАССОВЫХ ПОЖАРОВ

1. РАСЧЕТНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Воздействие пожаров на ограждающие конструкции убежищ связано с изменением температуры среды во времени в зависимости от вида пожара. Поскольку температурные режимы массовых пожаров в литературе мало освещены [3, 11, 45], в качестве исходной кривой для определения расчетных тепловых воздействий массовых пожаров целесо­ образно принять стандартную температурную кривую. В от­ личие от температурного режима, представленного этой кри­ вой, при любом одиночном пожаре распределение темпера­ тур более сложно. Если не принимаются меры по его туше­ нию или локализации, то различаются четыре периода: начальный — воспламенение, период полного горения, пе­ риод догорания и период остывания. В случае возникно­ вения пожаров в зданиях, подвергшихся воздействию удар­ ной волны ядерного взрыва или поврежденных после обычной авиационной бомбардировки, продолжительность

новной массы горючих материалов. Под воздействием высо­ ких температур строительные конструкции здания — меж­ дуэтажные перекрытия, опоры, перегородки— нагреваются, деформируются и обрушаются. На месте здания обра­ зуется прогретый завал, в котором догорают обуглившиеся остатки.

Третий период характеризуется догоранием твердых углеродистых остатков в груде раскаленных обломков строительных конструкций.

Четвертый период — остывание прогретого завала — характерен тем, что горение в толще завала практически от­ сутствует.

Кривые температурных режимов массовых пожаров первых трех видов (см. табл. 2) без учета продолжитель­

181

ности периода остывания прогретых завалов приведены на рис. 65. Кривые (1, 2, 3) рассчитаны при следующих предпосылках: 1) длительность начального периода пожара принята равной 15 мин\ 2) сгораемая нагрузка на 1 мг про­ екции этажа здания составляет 50 кг\ 3) характер изменения температур в течение первого и второго периодов пожара соответствует стандартной температурной кривой; 4) тем­ пература в конце третьего периода пожара снижается до

Специально проведенные исследования позволили уста­ новить, что температурный режим пожаров с учетом периода остывания прогретых завалов может быть представлен в ви­ де кривой, состоящей нз трех участков (рис. 66).

Первый из них ограничен по времени одним часом — с момента начала пожара до обрушения строительных кон­ струкций (в основном — междуэтажных перекрытий). Рас­ четы показывают, что в момент обрушения температура по­ верхности несгораемых конструкций может достигать 700— 800° С, в то время как средняя температура обломков не превышает 250° С.

В течение второго периода в результате перераспреде­ ления температур по толщине обломков происходит общее падение температуры в завале с 700 до 250° С. Длительность этого периода, определенная расчетным путем, не превыша­ ет 8 ч и зависит от толщины обломков и их теплофизичес­ ких характеристик.

182

Третий участок кривой — это собственно период осты­ вания завала. На его продолжительность оказывают суще­ ственное воздействие пустотность завала, его высота и тем­ пература обломков в начале этого периода. Однако решаю­ щее влияние на сокращение продолжительности третьего периода имеют конвективные токи воздуха, образующиеся в завалах в результате разности температур завала (до 250° С) и окружающей среды (меньше 50° С). Интенсивность конвективных токов в завале значительно увеличится, если под ним заранее создать незаваливаемые сквозные кана­ лы — продухи,

Рис. 66. Графики изменения темпе­ ратур

1 — в очаге пожара;

2 — обломков строи­ тельных конструкций после их обрушения; 3 — поверхности строительных конст­ рукций до наступле­ ния предела их огне­ стойкости

Изменение температуры нижней поверхности завала во времени с учетом влияния конвективных токов можно опре­ делить, пользуясь выражением

В отличие от прогретых завалов температурный режим завалов, образующихся в результате разрушения зданий и других наземных сооружений ударной волной ядерного взрыва, значительно более благоприятен для ограждений убежищ (рис. 65, кривая 4). В то же время продолжитель­ ность пожаров в завалах (IV вид) может в 2—3 раза пре­ вышать длительность других видов массовых пожаров. Горение в таких завалах будет очаговым. Активно горит в завале в среднем не более трети сгораемых материалов, которые и обеспечивают поддержание в нем высоких темпе­ ратур в течение 10—12 ч-

183

тур могут быть пяти типов: КВ-I, КВ-П, КВ-Ш, KB-IV

и KB-V.

Расчетное тепловое воздействие на ограждающие конст­ рукции защитных сооружений определяется по табл. 9 в зависимости от ожидаемого вида пожара, типа сооружения (встроенное или отдельно стоящее) и рассчитываемой кон­ струкции. Для массовых пожаров первых трех видов рас­ четные тепловые воздействия, приведенные во второй графе таблицы, действительны только для расчета перекрытий защитных сооружений, расположенных под двухэтажными

Рис. 68. Изменение тем­ пературы наружной по­ верхности перекрытия защитного сооружения

и более высокими зданиями I, II и III степени огнестойкости. Если на перекрытиях таких защитных сооружений имеются продухи, длительное тепловое воздействие (ДВ) должно при расчете заменяться кратковременным типа KB-V (рис. 68), а во всех остальных случаях (другие степени огне­ стойкости наземных зданий, одноэтажные жилые или про­ мышленные постройки) ДВ заменяется воздействием типа КВ-I. При расположении отдельно стоящих защитных со­ оружений в зоне образовавшегося завала их ограждения рас­ считываются на кратковременное тепловое воздействие типа КВ-Ш.

185

2. ЗАЩИТА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ УБЕЖИЩ ОТ ПРОГРЕВА

Допустимые тепловлажиостные параметры воздуха

В условиях теплового воздействия массового пожара от­ вод тепла из сооружения ухудшится, а при недостаточной толще ограждений будет наблюдаться приток тепла извне, что несомненно ухудшит защитные свойства убежища. В связи с этим ограждения и входные устройства защитных сооружений должны быть соответствующим образом тепло­ изолированы, что достигается увеличением толщины несу­ щей конструкции млн устройством теплоизоляционного слоя, экранов н продухов.

Теплоизоляционный слой может устраиваться как на на­ ружной, так п на внутренней поверхности ограждения. На­ ружная теплоизоляция изготовляется из несгораемых мате­

Для устройства внутренней теплоизоляции используют­ ся специальные теплоизоляционные маты, плиты, скорлупы, панели, листовые теплоизоляционные материалы [55].

Экраны, предназначенные для защиты людей от лучисто­ го тепла, исходящего от нагретой внутренней поверхности ограждения, изготовляются из листовых строительных ма­ териалов (металла, асбошифера, фанеры и др.) и устанавли­ ваются на внутренней поверхности ограждающих конструк­ ций в местах постоянного пребывания людей. Наибольший эффект достигается при двойных экранах, установленных на расстоянии 10—15 мм от внутренней поверхности огражде­ ния и друг от друга.

Продухи могут устраиваться для снижения тепловой на­ грузки, действующей на перекрытие защитного сооружения, и уменьшения необходимой защитной толщи. Они представ­ ляют собой открытые сверху (или закрытые какой-либо сгораемой конструкцией) каналы, расположенные перпен­ дикулярно длине здания. Ширина и шаг продухов (расстоя­ ние между их осями) должны быть не более 0,4 м, а глуби­ на — не менее 0,3 иг. В зданиях, междуэтажные перекрытия которых изготовляются из железобетонных панелей, шири­

186

на продухов может быть увеличена до 1 м. Продухи целе­ сообразно устраивать на перекрытиях встроенных защитных сооружений, расположенных в зданиях, междуэтажные пе­ рекрытия которых при наступлении предела огнестойкости обрушаются.

3. РАСЧЕТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ПРОГРЕВ ПРИ ПОЖАРАХ

Задача расчета ограждений на прогрев заключается в оп­ ределении температуры их внутренних поверхностей.

Искомая температура в общем виде может быть представ­ лена как функция многих параметров:

где ?Dn-n — внешнее тепловое воздействие; h — толщина рассчитываемой конструкции; а — коэффициент температу­ ропроводности материала ограждения; В — ширина за­ щитного сооружения; Н — высота защитного сооружения;

/ЦЦ? — начальная температура рассчитываемого огражде­

мена для наружной поверхности ограждения; а вн — коэф­ фициент теплообмена для внутренней поверхности ограж­ дения.

Получение этой функции с помощью уравнения тепло­ проводности Фурье чрезвычайно трудно. Приводимые далее расчетные формулы были найдены после математической обработки результатов численного решения серии задач на гидроинтеграторе.

Экспериментальная проверка предлагаемых расчетных формул показала, что они обеспечивают точность расчета ограждений на прогрев в пределах ± 10%.

Расчет на кратковременное тепловое воздействие ‘

Расчет ограждающих конструкций на кратковременное тепловое воздействие производится из условия

где /‘„ред — предельная температура (°С) на внутренней поверхности конструкции сооружения, величина которой для убежищ принимается 30° С [14,55] (при устройстве

187

у внутренней поверхности ограждения двойных экранов значение £пред увеличивается на 10е С); /макс — максималь­ ная температура (ГС) на внутренней поверхности конструк­ ции сооружения, определяемая по формуле

А — коэффициент, характеризующий общее количество тепла, действующего на ограждение, принимаемый по табл. 10 в зависимости от типа расчетного теплового воздей­ ствия;

где И; — толщина отдельных слоев многослойной конструк­ ции в м\ т — число слоев;

а— коэффициент температуропроводности конструкции

вмЧч

масса и теплоемкость t-гослоя, принимаемые

всоответствии со СНиП П-А.7-62 [56];

Ф— коэффициент, учитывающий влияние размера сооружения на температуру внутренней по­ верхности конструкции; при расчете стен за­ щитного сооружения коэффициент ф во всех

188

случаях принимается равным единице, а при расчете перекрытия определяется по формуле

5,46 — В/Н

где В — ширина помещения (расстояние между наружными стенами, примыкающими к грунту, или внутренни­ ми бетонными стенами толщиной не менее 0,4 м) в м\

Н — высота помещения (расстояние от поверхности пола до высшей точки внутренней поверхности пере­ крытия) в м\

тмакс — время наступления (в сутках) максимальной темпе­ ратуры на внутренней поверхности конструкции сооружения при кратковременном тепловом воз­

К — коэффициент, характеризующий общее количество тепла, действующего на ограждение; принимается по табл. 10 в зависимости от типа расчетного теп­ лового воздействия;

ф — коэффициент, учитывающий влияние величины теп­ лообмена на температуру внутренней поверхности ограждения, определяемый по формуле

0, 182

а — коэффициент теплообмена на внутренней поверх­ ности ограждения в ккал/м2-ч-град;

tuач — начальная температура рассчитываемой кон­ струкции, принимаемая равной максимальной расчетной температуре грунта для данной мест­ ности, но не менее 15° С.

189