Основные положения методики расчета требуемой толщины огнезащиты

Основные положения используемой на практике методики расчета требуемой толщины огнезащиты строительных конструкций заключаются в следующем.

1. Толщина огнезащиты выбранного варианта, необходимая для обеспечения требуемого (нормируемого) предела огнестойкости каждой конкретной конструкции, рассчитывается из условия:

П_ф? П_тр, (1.1.).

где П_ф — фактический предел огнестойкости рассматриваемой конструкции с огнезащитой; П_тр — требуемое (нормативное) значение предела огнестойкости.

2. За предел огнестойкости конструкции принимается время от начала огневого воздействия по стандартному режиму на ее обогреваемую поверхность до возникновения предельного состояния.

Для несущих конструкций предельным состоянием является потеря несущей способности (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкции), а для ограждающих конструкций — потеря теплоизолирующей способности (достижение температурой необогреваемой поверхности предельного значения). Для конструкций, выполняющих обе функции, предел огнестойкости определяется по предельному состоянию, наступающему первым.

Схемы определения фактических пределов огнестойкости СК показаны на рис. 1.1 и 1.2.

Рис. 1.1. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) несущих СК из условия потери несущей способности:

• 1 — предельная нагрузка; 2 — действующая нагрузка; 3 — момент потери (обрушение или прогиб) несущей способности; N (M) — продольная сила (изгибающий момент); t — продолжительность огневого воздействия.
• 3. Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты несущих конструкций определяется взаимосвязанными теплотехническим и статическим расчетами с использованием условия (1.7).
• 4. Для бетонных и железобетонных конструкций, имеющих повышенную влажность, предельным состоянием является взрывообразное разрушение бетона. При этом за предел огнестойкости конструкции принимается время от начала огневого воздействия по стандартному режиму на ее обогреваемую поверхность до момента достижения температурой поверхности критического значения (300 °С).

а) б) Рис. 1.2. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) ограждающих СК из условия потери теплоизолирующей способности:

а — зависимость температуры от времени; б — распределение температуры по толщине конструкции в момент времени t; 1 — предельная температура необогреваемой поверхности (Т_пр); 2— зависимость температуры необогреваемой поверхности от времени; 3 — момент потери теплоизолирующей способности; Т (х, t) — распределение температуры по толщине рассматриваемой системы; Т_f — температура газовой среды, воздействующей на обогреваемую поверхность; T_w, T_x — температура обогреваемой и необогреваемой поверхностей; X— поперечная координата.

Схема определения фактических пределов огнестойкости конструкций для этого случая показана на рис. 1.3.

а) б) Рис. 1.3. Схема определения фактического предела огнестойкости (П_ф) бетонных и железобетонных конструкций с повышенной влажностью, имеющих опасность взрывообразного разрушения при пожаре:

а — зависимость температуры от времени; б — распределение температуры по толщине конструкции в момент времени t; 1 — критическая температура обогреваемой поверхности (Т_кр); 2 — зависимость температуры обогреваемой поверхности от времени; 3 — момент наступления предельного состояния конструкции; Т (х, t), T_f, T_w, T_x — то же, что на рис. 1.2.

Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты определяется из условия непревышения температурой поверхности конструкции критического значения в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости конструкции (рис. 1.4):

Т_w < Т_кр (1.2).

Рис. 1.4. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) по критической температуре поверхности защищаемой конструкции:

• 1 — зависимость температуры защищаемой поверхности от толщины огнезащиты; 2 — критическая температура.
• 5. В тех случаях, когда для определения предела огнестойкости несущих металлических конструкций обоснована возможность использования понятий «приведенная толщина» и «критическая температура» металла, толщина выбранного средства огнезащиты определяется теплотехническим расчетом из условия не превышения температурой защищаемого объекта критического значения в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного требуемому пределу огнестойкости конструкции [см. рис. 1.4 и формулу (1.2)].

Критическая температура металла рассматриваемой СК определяется из условия потери конструкцией несущей способности путем статического расчета при следующих допущениях:

• а) в каждый момент времени температура распределена по сечению конструкции равномерно;
• б) предельным состоянием конструкции является состояние, при котором напряжения, действующие в наиболее удаленных от нейтральной оси точках, достигают предела текучести материала;
• в) к рассматриваемой конструкции может быть применена одна из статических расчетных схем: «центральное сжатие (растяжение)», «поперечный изгиб», «продольный изгиб».

Этот приближенный подход позволяет реализовать следующие пгновные расчетные случаи:

• — центрально-сжатые (растянутые) стержни, равномерно обогреваемые по боковой поверхности;
• — изгибаемые и внецентренно-нагруженные стержни, равномерно обогреваемые по боковой поверхности.
• 6. При использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла для определения пределов огнестойкости неравномерно прогретых конструкций температурное поле в системе «огнезащита — конструкция» рассчитывается по одномерной расчетной схеме «двухслойная пластина» (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) при использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла:

1 — огнезащита; 2 — защищаемая металлическая пластина приведенной толщины ?; Т_кр — критическая температура металла (Другие буквенные обозначения те же, что на рис. 1.2.).

В качестве граничного условия на необогреваемой поверхности пластины используется условие ее идеальной теплоизоляции.

Толщина металлического (защищаемого) слоя пластины принимается равной приведенной толщине металла рассматриваемой конструкции (стержня произвольной формы сечения), определяемой по формуле:

? = А / Р, (1.3).

где, А — площадь поперечного сечения металлического стержня; Р — обогреваемый периметр стержня.

Предел огнестойкости элементов конструкции устанавливается по времени (в минутах) от начала обогрева до момента прогрева соответствующей ему пластины приведенной толщины до критической температуры. При этом следует иметь в виду, что расчет размеров выбранного средства огнезащиты по приведенной толщине металла и критической температуре, как правило, дает завышенные значения толщин огнезащитных составов. Это обусловлено невозможностью учета в этом случае таких факторов, как:

• — неравномерность температурного поля по объему реального объекта огнезащиты;
• — перетекание теплоты из объекта огнезащиты в смежные конструкции.
• 7. В случаях когда использование приближенного подхода согласно пп. 5, 6 невозможно, при определении размеров средства огнезащиты наряду с теплотехническим расчетом проводится статический расчет.
• 8. Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты ограждающих (не несущих) конструкций определяется только теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой необогреваемой поверхности конструкции предельно допустимого значения (по теплоизолирующей способности) в конце огневого воздействия по стандартному режиму в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости объекта (рис. 1.6):

Т_х? Т_пр. (1.4).

Рис. 1.6. Схема определения требуемой толщины огнезащиты (д_тр) no предельной температуре необогреваемой поверхности ограждающей конструкции:

• 1 — зависимость температуры необогреваемой поверхности от толщины огнезащиты; 2 — предельная температура.
• 9. Необходимые для расчета характеристики огнезащитных составов (материалов) согласно НПБ 236−97 (п. 4.10) определяются разработчиком проекта (за исключением группы огнезащитной эффективности). Методика определения характеристик материалов должна соответствовать используемым методикам теплотехнического и статического расчетов.
• 10. Огнезащитная эффективность выбранного средства огнезащиты должна быть не ниже нормативного значения предела огнестойкости объекта огнезащиты.
• 11. Для того чтобы, как и при испытаниях, получить средний результат, в расчетах следует использовать средние значения теплофизических и механических характеристик материалов.
• 12. С целью подтверждения достоверности и надежности используемой методики теплотехнического расчета и принятых для расчета исходных данных в проекте проводится сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными, полученными при сертификационных испытаниях выбранного средства огнезащиты по методу НПБ 236−97. Максимальное отклонение результатов расчета от экспериментальных данных не должно превышать 20%. Расчет толщины покрытий делают из расчета приведенной толщины металла и таблиц производителей нормируемых по существующим СНиП и указанных в пожарных сертификатах