Метод расчета требуемого предела огнестойкости строительных конструкций

Л. 1 Расчет требуемых пределов огнестойкости

Метод расчета требуемых пределов огнестойкости железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций промышленных зданий (сооружений) учитывает характеристики технологических процессов и устанавливает соответствующие требования к огнестойкости конструкций, исходя из нормируемого риска достижения предельного состояния конструкций по признаку потери несущей и теплоизолирующей способностей в условиях реальных пожаров.

Требуемые пределы огнестойкости устанавливаются на основе определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффициента огнестойкости. Коэффициент огнестойкости рассчитывают в зависимости от заданной предельной вероятности отказов конструкций в условиях реальных пожаров.

- H = 4,8м; q = 68 - 70 кг/м2; - - - Н = 6,6 м; 1 - q =2,4 - 14 кг/м2; 2 - q = 67 - 119 кг/м2; 3 - q = 60 - 66 кг/м2; 4 - q = 60 кг/м2; 5 - q = 82 - 155 кг/м2; 6- q = 140 - 160 кг/м2; 7 - q = 200 кг/м2; 8 - q = 210 - 250 кг/м2; 9 - q = 500 - 550 кг/м2 Рисунок Л. 1 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V, высоты Н помещения и количества пожарной нагрузки q

1 - H = 3м ; 2 - H = 6м ; 3 - H = 12 м Рисунок Л.2 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V высоты H помещения

Л. 1.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости в помещении проводят для случаев локального или объемного пожаров. Для определения вида пожара сначала по рисункам Л.1 и Л.2 находят минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП . При распространении огня по пожарной нагрузке, отличающейся по свойствам от древесины, продолжительность НСП вычисляется по формуле

, (Л.1)

где n_др, n_i, — средние скорости выгорания древесины и i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин);

= 13,8 МДж/кг, —низшие теплоты сгорания древесины и i-го компонента соответственно, МДж/кг;

U_ср , ^— средние линейные скорости распространения по древесине и i-му компоненту соответственно, м/мин.

После определения продолжительности НСП проверяют неравенство:

S_т   ( )², (Л.2)

где S_т — площадь под пожарной нагрузкой, м².

Если условие (Л.2) выполняется, то пожарная нагрузка расположена сосредоточенно, в помещении будет локальный пожар.

В противном случае пожарная нагрузка расположена рассредоточенно, в помещении будет объемный пожар.

На основе данных проектной документации, пожарно-технических обследований, а также справочных материалов определяется эквивалентная продолжительность пожара t_э для выбранной конструкции в рассматриваемом помещении. Эквивалентную продолжительность пожара определяют по известным значениям проемности помещения П, м^0,5 и характерной длительности пожара t_п ч.

Фактор проемности помещения при объемном пожаре П рассчитывают по формуле

(Л.3)

где S — площадь пола, м²;

V— объем помещения, м³;

А_i — площадь, м²;

h_i — высота i-го проема в помещении, м;

N — количество проемов.

В случае локального пожара фактор проемности рассчитывают по формуле

, (Л.4)

где Н — расстояние от зеркала горения до конструкции (высота помещения), м;

F — площадь пожарной нагрузки (разлива), м².

Характерную длительность объемного пожара t_п ч, для твердых горючих и трудногорючих материалов рассчитывают по формуле

, (Л.5)

где G_j — общее количество пожарной нагрузки i-го материала в кг (j = 1,...,М);

М— число различных видов нагрузки;

n_др — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);

п_j— средняя скорость выгорания j-го материала, кг/(м²·мин);

, — весовая доля j-й пожарной нагрузки.

n_др , n_j определяют экспериментально или по справочным данным.

При горении ЛВЖ и ГЖ продолжительность локального пожара t_л, мин, рассчитывают по формуле

, (Л.6)

где G— количество ЛВЖ и ГЖ, которое может разлиться при аварийной ситуации, кг;

Мср — средняя скорость выгорания ЛВЖ и ГЖ, кг/(м² ·мин);

F — площадь разлива, м².

Для рассматриваемого типа конструкций по номограммам (рисунки Л.3 — Л.9) определяют эквивалентную продолжительность пожара t_э(t_п, П) [t_п — определено по формулам (Л.5) или (Л.6) в зависимости от вида пожара, а П вычислено по формулам (Л.3) или (Л.4)].

1 - H/ = 1,2; 2 - H/ l,5; 3 - H/ = 1,8; 4 - H/ = 2,2; 5 - H/ = 2,4 Рисунок Л.3 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия в условиях локальных пожаров tл (или продолжительности НСП tНСП) при горении твердых и трудногорючих материалов	1-H / = 1,2; 2 - H / = 1,5; 3 - H / =1,8; 4 - H / = 2,2; 5 - H / = 2,4; 6 - H / = 3,6 Рисунок Л.4 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия при горении ЛВЖ и ГЖ
1-H / = 1,2; 2 - H / = 2,0; 3 - H / =2,4; 4 - H / = 2,85; 5 - H / = 3,2; 6 - H / = 4,0; 7 - H / =4,4; 8 - H / = 5,2; 9 - H / =5,6; 10 - H / = 6,0 Рисунок Л.5 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для горизонтальных незащищенных металлических конструкций	1 - H / = 0,5; 2 - H / = 0,6; 3 - H / = 0,7; 4 - H / = 0,8; 5 - H / = 1,0; 6 - H / = 1,5; 7 - H / = 2,0; Рисунок Л.6 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для вертикальных незащищенных металлических конструкций
1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6 - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.7 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности пожара tп Для огнезащищенных металлических и железобетонных конструкций перекрытия	1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6 - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.8 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности объемного пожара tп для железобетонных несущих стен
	1 - П = 0,25 м 0,5; 2 - П = 0,20м 0,5; 3 - П = 0,18 м 0,5; 4 - П = 0,15 м 0,5; 5 - П = 0,12 м 0,5; 6 - П = 0,08 м 0,5; 7 - П = 0,04 м 0,5; Рисунок Л.9 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерного времени объемного пожара tп для центрально сжатых железобетонных колонн

Л. 1.2 Коэффициент огнестойкости выбранной конструкции К₀ определяют по значению предельной вероятности отказов с учетом допустимой вероятности отказов конструкций . Значения в зависимости от того, какой группе конструкций i принадлежит выбранная конструкция, приведены в таблице Л.1.

Таблица Л.1— Допустимые вероятности отказов конструкций от пожаров

Группа конструкций	Вероятность отказов
Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, ригели, перекрытия, фермы, балки	10-6
Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	10-5
Прочие строительные конструкции	10-4

Предельные вероятности отказов конструкций в условиях пожаров рассчитывают по формуле

где Р₀ — вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м² площади помещения;

Р_А — вероятность выполнения задачи (тушения пожара) автоматической установкой пожаротушения;

Рп.о — вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарной охраны.

Р₀ рассчитывают по методу, приведенному в ГОСТ 12.1.004, или берут из таблицы Л.2.

Таблица Л.2 — Вероятности возникновения пожара Р₀ для промышленных помещений

Промышленный цех	Вероятность возникновения пожара Р0, м/год · 10-5
По обработке синтетического каучука и искусственных волокон	2,65
Литейные и плавильные	1,89
Механические	0,60
Инструментальные	0,60
По переработке мясных и рыбных продуктов	1,53
Горячей прокатки металлов	1,89
Текстильного производства	1,53
Электростанций	2,24

Оценки Р_А берут из таблицы Л.3.

Таблица Л.3 — Вероятности выполнения задачи АУЛ Р_А

Тип АУП	Вероятность выполнения задачи
Установки водяного пожаротушения: спринклерные; дренчерные Установки пенного пожаротушения Установки газового пожаротушения с: механическим пуском; пневматическим пуском; электрическим пуском	0,571 0,588 0,648 0,518 0,639 0,534

Р_п.о устанавливают по статистическим данным или расчетом с учетом установки автоматических средств обнаружения пожара, сил и средств пожарной охраны. В случае отсутствия данных по пожарной охране и системе пожарной сигнализации следует положить Р_п.о

По вычисленным значениям определяют значение характеристики безопасности при необходимости интерполируя данные таблицы Л.4.

Таблица Л.4— Значения характеристики безопасности Р

Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности 	Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности 
	3,7 4,1 4,4 4,5		2,3 2,8 3,2 3,5
	3,1 3,5 3,8 4,0		1,3 2,0 2,5 2,6

Л.1.3 Расчет коэффициента огнестойкости К₀ проводят по формуле

К₀ = 0,527 ехр (0,36 ). (Л.8)

В качестве примера в таблице Л.5 приведены значения К₀ для условий Р₀ = 5 · 10^-6 м²/год и Р_А = 0,95, Р_п.о = 0.

Таблица Л.5 — Коэффициент огнестойкости К₀

Площадь отсеков S, м2	Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, балки, перекрытия, фермы	Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	Прочие строительные конструкции
1000 2500 5000 7500 10000 20000	1,36 1,52 1,69 1,79 1,84 2,03	0,99 1,14 1,26 1,31 1,42 1,47	0,58 0,75 0,87 0,94 0,99 1,10

Л.1.4 Требуемый предел огнестойкости t₀ рассчитывают по вычисленным значениям t_э, и К₀

t₀ = К₀. (Л.9)

Примеры

1 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха при свободном горении 100 кг индустриального масла на площади F= 3 м². Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять, что допустимая вероятность отказов Р_доп равна 10^-6.

Расчет

Из справочников найдем, что скорость выгорания масла М_ср = 2,7 кг/(м²·мин). Тогда вычислим продолжительность локального пожара t_п по формуле (Л.6)

t_п = 100 / (3 · 2,7)  12,4 мин.

Проемность П в случае локального пожара определим по формуле (Л.4)

П = 4 /  2,3.

Теперь найдем эквивалентную продолжительность пожара t_э Для железобетонной плиты перекрытия при горении индустриального масла. По рисунку Л.4 получим t_э < ^0,5 ч. Согласно условию задачи Р_A = P_п.о =0, а по таблице Л.2 находим Р₀ = 0,6 · 10^-5 м²/год. Тогда предельная вероятность Р_п, вычисленная по формуле (Л.6), равна:

Р_п = 10^-6 / (6 · 10^-6 · 18 · 12)  7,7 ·10^-4.

Интерполируя данные таблицы Л.4, находим, что 3,1. Теперь вычислим коэффициент огнестойкости по формуле (Л.8):

К₀ = 0,527 ехр (0,36 · 3,1)  1,6.

Требуемый предел огнестойкости t₀ равен:

t₀ < 1,6 · 0,5 = 0,8 ч.

2 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха в условиях объемного пожара при свободном горении древесины с плотностью нагрузки 20 кг · м^-2. Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять Р_доп = 10^-6 м ²/год.

Расчет

Определим фактор проемности П. Объем V помещения равен

V = 18 · 12 · 4 = 864 м³ < 1000м³.

Тогда по формуле (Л.3) получаем

П = 4 · 3  0,23.

Характерную продолжительность пожара вычислим по формуле (Л.4). Общее количество пожарной нагрузки G равно

G = 20 · 18 · 12 = 4320 кг.

По формуле (Л.4) определяем, что

t_п = 4320 · 13,8 / (6285 · 12 · )  0,46 ч.

По рисунку Л.7 определяем эквивалентную продолжительность пожара t_э для железобетонной плиты перекрытия при вычисленных значениях П и t_п Получаем, что t_э  0,8 ч. С учетом вычисленного в примере 1 значения К₀ найдем требуемый предел огнестойкости t₀:

t₀ = 1,6 · 0,8  1,3ч.

ПРИЛОЖЕНИЕ М

(рекомендуемое)