V. Текст лекции план лекции

1. Исходные данные для расчетов, учитывающие влияние внутренних факторов на фактические пределы огнестойкости строительных конструкций.

1.1 Изменение параметров теплопереноса в материалах при нагреве.

1.2 Изменение механических характеристик материалов при нагреве.

2. Исходные данные для расчетов, учитывающие влияние внешних факторов на фактические пределы огнестойкости строительных конструкций.

2.1 Механическое нагружение конструкций.

2.2 Характер опирания конструкций и сочленения их с другими конструкциями.

3. Сущность методики расчета пределов огнестойкости строительных конструкций, расчетные схемы.

3.1. Сущность методики расчета.

3.2. Расчетные схемы.

4.Заключение Вступление

В предыдущей 10-й теме Вас ознакомили с основными понятиями, связанными с показателями пожарной опасности, огнестойкости зданий и строительных конструкций, а также со стандартными методами экспериментального определения фактических классов пожарной опасности и пределов огнестойкости строительных конструкций.

Согласно п. 11 ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования» [2], а также ФЗ-123 при определении фактических пределов огнестойкости строительных конструкций наряду с экспериментальными (дорогостоящими, трудоемкими) допускается использовать и расчетные методы. Это вызывает необходимость изучения инженерных методов расчета фактических пределов огнестойкости строительных конструкций. Для того чтобы использовать их не механически, а осмысленно, необходимо иметь представление о теоретических основах, на базе которых они разработаны.

Теоретические основы предусматривают изучение:

1. Влияния внутренних и внешних факторов на фактические пределы огнестойкости строительных конструкций (рис. 1).

2. Физическую сущность методики расчета фактических пределов огнестойкости строительных конструкций и расчетные схемы.

3. Сущность методики решения теплотехнической части задачи огнестойкости строительных конструкций.

4. Особенности решения статической (прочностной) части задачи огнестойкости различных видов строительных конструкций.

Рассмотрим первые 3 позиции в данной теме, а 4-ю - при изучении вопросов огнестойкости конкретных видов конструкций в последующих темах.

1. Исходные данные для расчетов, учитывающие влияние внутренних факторов на фактические пределы огнестойкости строительных конструкций

1.1. Изменение параметров теплопереноса в материалах при нагреве

Скорость прогрева конструкций в условиях пожара определяется величинами параметров теплопереноса (теплофизических характеристик) в материалах, из которых конструкции изготовлены (Вы изучали эти параметры по дисциплине «Термодинамика и теплопередача», а также по теме № 1 данной дисциплины), это:

• коэффициент теплопроводности - , Вт/м ⁰С;

• удельная теплоемкость - с, Дж/кг⁰С;

• коэффициент температуропроводности - а, м²/с.

В процессе нагрева материалов эти параметры изменяют свои числовые значения. В качестве иллюстраций этого процесса на рис. 1.1 показан характер изменения величин (_t, С_t) в зависимости от температуры нагрева - для легких искусственных каменных материалов.

Рис. 1.1 Характер изменения коэффициентов теплопроводности (_t) и теплоемкости (С_t) от температуры нагрева.1-характер зависимости получен экспериментально (для материалов, аналогичных асбестоцементу [5], а также легкому бетону); 2-линейная аппроксимация экспериментальных зависимостей.

Как видно из рисунка, эта зависимость далеко не линейна, однако для использования в расчетах пределов огнестойкости такие зависимости обычно выражают в виде линейных, что не совсем корректно, но удобно для использования в расчетах. Тогда формулы для расчета этих величин принимают вид линейных функций

_t =₀ + В_t ; (1.1)

С_t =с₀ + D_t , (1.2)

где ₀, С₀ - значения теплофизических характеристик при 0 ⁰С (обычно на языке программирования и в справочных данных их обозначают буквами А и С, соответственно);

В, D - коэффициенты, выражающие характер изменения теплофизических параметров от температуры (тангенс угла наклона аппроксимированной прямой к оси абсцисс).

В ФГУ ВНИИПО МЧС России величины (В, Д) определяют путем решения так называемой «обратной» задачи теплопроводности и сравнения полученных результатов с экспериментальными данными о прогреве конструкции (плиты перекрытия) во время ее стандартных испытаний (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Характер изменения температуры от времени (1 - в печи, 2 - в конструкции, 3 - расчетные данные) при стандартном испытании на огнестойкость плиты перекрытия, с размерами 1х1 м.

При этом, зная из справочной литературы начальные значения (₀, С₀) и имея экспериментальные данные об изменении температуры по толщине плиты, произвольно задаваясь (в качестве исходных данных) величинами (В, Д) и многократно решая теплотехническую часть задачи огнестойкости конструкции с помощью ПК методом последовательного приближения, получают близкое совпадение расчетных значений изменения температуры от времени с экспериментальными данными.

При результатах, близко совпадающих между собой, принимают подобранные числовые значения (В, Д) за истинные и вводят в справочные таблицы, которые имеются и в рекомендованной Вам для подготовки к семинарскому занятию литературе [1, 2, 4].

Представляется не совсем удачным называть такой метод определения коэффициентов (В, Д) методом решения обратной задачи, т. к. для этого решают многократно прямую задачу теплопроводности.

Коэффициент температуропроводности материала также изменяется с повышением температуры. Его вычисляют по формуле

а _t = (1.3)

где ρ_0t - объемная масса материала при соответствующей температуре, кг/м³.

При изучении темы № 1 первого раздела дисциплины отмечалось, что у влажных материалов теплопроводность выше, чем у сухих. При пожаре за счет процессов сушки и влагопереноса числовые значения теплофизических характеристик (параметров теплопереноса - _t, с_t, а_t) изменяются. Однако в связи со сложностью процессов тепловлагопереноса и еще большей сложностью их математического моделирования (хотя есть такие модели и программы расчета на ПК) для практических расчетов пределов огнестойкости конструкций д. т. н. проф. А.И. Яковлев [6] предложил упрощенную формулу учета влияния влаги на коэффициент температуропроводности бетона

, (1.4)

где а_кр - приведенное значение коэффициента температуропроводности бетона, м²/ч;

λ_t,ср; с_t,ср - средние значения коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости бетона, вычисленные при усредненной температуре - 450 ⁰С (эта температура указана для ручного счета; использование ПК позволяет вычислять указанные характеристики при любой температуре).

u - массовые влагосодержания материала, %;

ρ₀ - объемная масса материала, кг/м³.