ЗиС_Учебник / Glava8

РАЗДЕЛ 8. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

8.1. Основные положения к обоснованию величин требуемых пределов огнестойкости конструкций

Как следует из условия 3.2, строительная конструкция по огнестой

кости удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, если ее факти

ческий предел огнестойкости Пф не менее требуемого предела огнестойко

сти Птр. Исследованиям и обоснованиям фактических пределов огнестойко

сти различных строительных конструкций посвящены многочисленные ра

боты отечественных и зарубежных ученых и испытателей. Поэтому фак

тические пределы огнестойкости строительных конструкций в настоящее

время достаточно обоснованы и успешно используются в строительной

практике.

Требуемые же пределы огнестойкости строительных конструкций

принимаются на основе опыта проектирования и могут быть определены по

таблице 1 СНиП 2.01.02 85* «Противопожарные нормы» [3] или таблице 4

СНиП 21 01 97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» [4]. При

этом следует учитывать, что в ряде случаев в первую очередь при опреде

лении Птр нужно пользоваться требованиями специализированных норм.

Анализ нормативных требований показывает, что при каждом изменении

нормативных документов величины требуемых пределов огнестойкости

конструкций, как правило, уменьшались.

Нормируемые числовые значения требуемых пределов огнестойко

сти конструкций лишь косвенно зависят от факторов, определяющих тем пературный режим и продолжительность возможного пожара. Они не в

полной мере учитывают наличие и эффективность стационарных средств

пожаротушения, совсем не учитывают время прибытия и возможность опе ративных пожарных подразделений. Эти цифры недостаточно полно учи

тывают важность каждой конструкции в обеспечении устойчивости зда

ния, величину пожарной нагрузки, фактическую площадь горения, вид го рючего материала, возможное отличие реального режима пожара от «стан

дартного».

Следовательно, традиционно сложившийся в нашей стране и в боль шинстве зарубежных стран подход к определению и нормированию требу

емых пределов огнестойкости строительных конструкций перестает удов летворять современным требованиям пожарной безопасности и экономи ческой эффективности. Численные значения требуемых пределов огнестой кости конструкций, заложенные в СНиП, недостаточно научно обоснова ны. Поэтому предлагается требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций обосновывать расчетным методом, который бы устранял от меченные недостатки в нормативном определении Птр.

588

В основу методики расчета требуемых пределов огнестойкости кон

струкций представляется целесообразным заложить принцип, впервые

сформулированный профессором В.И.Мурашовым [6]. Суть принципа со стоит в прямой зависимости требуемого предела огнестойкости строитель

ной конструкции от продолжительности возможного пожара τ пож

где К0 коэффициент огнестойкости.

8.2.Коэффициент огнестойкости

Вусловии безопасности (8.1) К0 является, по существу, коэффици

ентом запаса и должен гарантировать надежность сохранения

конструкцией своих рабочих функций в течение определенной части либо

всей продолжительности пожара, а для основных несущих конструкций

гарантировать возможность продолжения эксплуатации и после окончания

пожара. При назначении коэффициента К0 предусматривается

необходимость учета ряда факторов: назначение здания, требуемая его

степень огнестойкости, долговечность (капитальность) здания,

специфические условия работы конструктивных элементов при пожаре и

степень их влияния на общую устойчивость здания, вид и количество

горючего материала в здании, величина пожарной нагрузки.

При обосновании величины коэффициента огнестойкости в первую

очередь следует учитывать, что степень влияния различных конструкций

на общую устойчивость здания при пожаре неодинакова. Например, наступ ление предела огнестойкости колонн может привести к разрушению всего

здания, наступление предела огнестойкости перекрытия приведет к нару

шению связи и распространению огня между двумя этажами, а наступление предела огнестойкости перегородок приведет к местным (сравнительно нео

пасным) разрушениям и распространению пожара в смежные помещения.

Анализ отмененных и действующих противопожарных норм (СНиП II А.5 62, СНиП II А.5 70, СНиП II А.5 80, СНиП 2.01.02 85*, СНиП 21 01 97*)

позволяет в первом приближении установить значения коэффициента огне

стойкости К0 в зависимости от степени огнестойкости здания и вида стро ительных конструкций. Предлагаемые значения К0 приведены в табл. 8.1.

Внастоящее время еще нельзя говорить о достаточности накоплен ных данных, необходимых для назначения и обоснования коэффициента

огнестойкости. Поэтому еще предстоит значительная научно исследова тельская работа по анализу поведения строительных конструкций под воз

действием высоких температур, после чего можно будет дать более точные

значения коэффициентов огнестойкости строительных конструкций.

589

Таблица 8.1

Рекомендуемые значения коэффициента огнестойкости

8.3. Продолжительность пожара

Оценка продолжительности пожара tпож имеет существенное значе

ние для расчета требуемых пределов огнестойкости строительных конст

рукций. Целесообразно рассмотреть три случая определения продолжи

тельности горения при пожаре:

при свободном горении, когда на пожаре не вводятся силы и сред

ства для его тушения;

сучетом тушения пожара как пожарными автомобилями, так и ав

томатическими установками пожаротушения;

сучетом приведения продолжительности реального пожара к про

должительности пожара, развивающегося по стандартному режиму.

8.3.1.Продолжительность пожара при свободном горении

Данные о расчетной продолжительности свободного горения на по

жаре представляют большой практический и теоретический интерес. Во первых, продолжительность свободного горения на пожаре явля

ется одним из показателей потенциальной пожарной опасности, оценив ко

торую можно принять соответствующие меры для усиления конструкций или для увеличения в количественном и качественном отношении средств

тушения. Средства тушения используются в данном случае для ликвидации горения в начальной стадии его возникновения или для уменьшения расчет

ной продолжительности горения и снижения температуры до значений бе зопасных для прочности конструкций. Выбор одного из указанных реше

ний зависит от технико экономических показателей.

Во вторых, могут быть здания с конструкциями, предел огнестойко сти которых должен быть заведомо больше расчетной продолжительности

горения на пожаре. Это уникальные здания, в которых не допускается риск

590

обрушения конструкций при пожарах или авариях, создаются особые труд

ности по тушению пожара из за отсутствия надлежащих средств тушения

или их недостаточности, или в силу каких либо специфических условий. К числу таких зданий следует, например, отнести здания повышенной этаж

ности с числом этажей 16 и более, подземные многоэтажные здания и со

оружения, современные культурно зрелищные учреждения с трансформи руемыми конструкциями и меняющейся внутренней планировкой и др.

Для обоснования возможной продолжительности пожара введем по

нятие удельной теплоты пожара qпож(Вт/м 2), то есть количества теплоты, которая выделяется с единицы поверхности горения в единицу времени

где Vм массовая скорость выгорания веществ, кг/м2 мин;

Z коэффициент неполноты сгорания (коэффициент недожога);

β с коэффициент изменения массовой скорости горения; Qн низшая теплота сгорания веществ на пожаре, кДж/кг.

Расчетная продолжительность свободного горения на пожаре мо

жет быть найдена из уравнения теплового баланса:

где Fгор площадь горения, м2;

τ пож продолжительность горения на пожаре, мин;

W объем горючих веществ, м3;

r плотность горючих веществ, кг/м3.

Левая часть уравнения (8.3) представляет собой общее количество

теплоты, которое выделится за время горения на пожаре, правая часть теплосодержание горючих веществ.

Решая уравнение (8.3) относительно τ пож, имеем:

где N удельная загрузка пола помещения горючими материалами, кг/м2.

Подставив значение qпож из формулы (8.2) в формулу (8.4), получим

Формула (8.6) годится для определения продолжительности пожара при свободном горении веществ, если пожар не тушится и временем рас

пространения пожара в помещении пренебрегают, что, например, имеет

591

место при горении в помещении легковоспламеняющихся и горючих

жидкостей в емкостях (таре).

При горении других, и в первую очередь, твердых веществ в здани ях следует определить площадь пожара с учетом линейного его распростра

нения. Время линейного распространения пожара при двухстороннем пря

моугольном и круговом его развитии соответственно составит:

где а и l ширина и длина помещения, м;

D диаметр круга, равный длине помещения, м;

Vл линейная скорость распространения пожара, м/мин.

Окончательно расчетная формула для определения продолжитель

8.3.2. Продолжительность пожара с учетом его тушения

Наиболее общим случаем является расчет требуемых пределов кон струкций, который учитывает влияние средств тушения на продолжитель ность пожара. Расчет пределов огнестойкости с учетом тушения является необходимым во всех случаях, когда наименьший предел огнестойкости од ной из несущих конструкций заведомо меньше свободной продолжительно

сти горения на пожаре.

Целесообразно внести понятие эффективной площади тушения

ƒ (м2)

где Q гарантируемый расход подачи огнетушащих веществ, л/с;

592

I требуемая интенсивность подачи огнетушащих веществ, л/с м2.

Следовательно, под эффективной площадью тушения понимается

такая площадь, которая может быть потушена гарантируемым расходом ог нетушащих средств при заданной интенсивности за нормативное время ту

шения пожара tн. Нормативное время тушения обусловливается количе

ством и возможностью прибывших на пожар подразделений.

В тех случаях, когда площадь поверхности горения равна или мень

ше эффективной площади тушения, расчетная продолжительность горения

с учетом тушения будет равна:

где ∆ τ 0 время свободного горения от начала пожара до начала тушения,

мин.

Для случаев, когда площадь поверхности горения больше эффектив

ной площади тушения, расчетная продолжительность горения с учетом ту

шения составит

Подставляя в формулу (8.13) значение ƒ из формулы (8.11), получим

Тогда требуемый предел огнестойкости строительных конструкций

здания будет равен

Исходные данные, входящие в формулу (8.15), получены на основа нии анализа описаний пожаров, а также специально проведенных опытов с

целью определения интенсивности подачи огнетушащих средств и норма

тивного времени тушения пожара. Установлено [1], что между норматив ным временем тушения и интенсивностью подачи воды существует вполне

определенная зависимость:

при тушении водой твердых веществ в закрытых производственных помещениях

при тушении водой жидких веществ в закрытых производственных помещениях

593

Наиболее оптимальной технико экономической величиной норма

тивного времени тушения является 10 20 минут. Однако для каждого вида

зданий величина τ н должна быть обоснована специальными исследованиями

и практикой пожаротушения.

Средние значения интенсивности подачи огнетушащих средств для

основных типов зданий и некоторых видов горючих веществ согласно [5]

приведены в таблицах 8.2 и 8.3.

Таблица 8.2

Интенсивность подачи воды при пожарах в зданиях

Таблица 8.3

Интенсивность подачи огнетушащих средств при горении веществ и материалов

594

Окончание табл. 8.3

Гарантируемый расход огнетушащих средств на тушение пожара Q

зависит от количества и вида прибывающих на пожар пожарных машин ос

новного назначения с учетом использования насосов на полную тактичес

кую возможность и обеспеченности объекта водой.

Время свободного развития пожара до начала тушения ∆ τ 0 определя

ется радиусом обслуживания пожарного депо, эффективностью техничес

ких средств обнаружения и оповещения о пожаре, состоянием дорожного

покрытия, интенсивностью транспортного движения. Согласно [1] ∆ τ 0 в пер

вом приближении следует принимать 10 минут при наличии в горящем зда

нии автоматических систем пожаротушения или охране зданий объектовой

пожарной командой, 15 минут в городах, 30 минут в сельской местности.

8.3.3. Приведение продолжительности реального пожара к продолжительности «стандартного» пожара

Все приведенные ранее в данной главе рассуждения справедливы,

если температура на реальном пожаре близка к температуре «стандартно го» пожара. В противном случае реальный температурный режим пожара

необходимо сопоставить со «стандартным» при времени Птр, полученным

по уравнениям (8.10) или (8.15), и определять требуемый предел огнестойкости строительных конструкций с учетом поправочных

коэффициентов, либо подбирать конструкции с таким расчетом, чтобы их

фактический предел огнестойкости при реальном температурном режиме несколько превышал (примерно на 10%) требуемый.

Из методик приведения реального пожара рассмотрим методику,

которая сводится к сравнению площадей, заключенных между температур ной кривой, ординатой температуры окончания пожара и осью абсцисс (см. приложение 16).

Площадь АВСД, ограниченная кривой реального пожара, ординатой температуры окончания пожара и осью абсцисс, равновелика площади А1 В1 С1 Д1, ограниченной «стандартной» кривой, соответствующей ординатой и

осью абсцисс. Из рис. 8.1 видно, что продолжительность реального пожара, 595

равная 57 мин, может быть заменена приведенной продолжительностью

«стандартного» пожара, равной 52,2 мин.

Обозначив площадь между температурной кривой и осями коорди нат реального пожара ω 1, а площадь между «стандартной» кривой и осями

координат ω 2, получим

В случае равенства (8.18) считается, что воздействие на строитель

ные конструкции реального и «стандартного» пожаров одинаково.

Для определения площади «стандартного» пожара используем урав

нение «стандартной» кривой и «температура время» (формула 3.3), которое

может быть представлено и в таком виде

Исходя из последнего уравнения, площадь «стандартного» пожара

будет равна

Для определения ω 1 нужно иметь кривую изменения температуры в

зависимости от продолжительности пожара. Площадь между этой кривой и осью абсцисс может быть определена планиметром.

Формула для расчета требуемых пределов огнестойкости конструк

ций с учетом температурного режима примет вид

Анализ результатов прогрева конструкций по различным режимам, проведенный во ВНИИПО, показал, что не всегда результаты прогрева по

реальным кривым пожара и «стандартному» режиму по приведенной про должительности дают хорошее совпадение. Принято считать, что изложен ная методика приведения реальных пожаров к «стандартному» допустима при условии, если разность температур рассматриваемых режимов в одина ковые отрезки времени не превышает 10 15%. При большем отклонении

нужно вводить поправочный коэффициент К, значения которого по ре

зультатам исследований ВНИИПО [1] приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4

Значения поправочного коэффициента

С учетом поправочного коэффициента расчетная формула по опре делению требуемых пределов строительных конструкций будет равна