Диссертация (Оптимизация нормативных требований к пределам огнестойкости основных несущих конструкций высотных жилых зданий), страница 9

Но для этого необходимо проведение в настоящеевремя натурных огневых испытаний на реальных объектах строительства илиих моделях с учетом множества факторов, которые могут повлиять на развитиепожара. На данном этапе развития пожарной науки наиболее точно иправдоподобно моделируются процессы начальной стадии развития пожара.Приповышениидостоверностиматематическогомоделированиявсейпродолжительности возможных «реальных» пожаров станет возможнымпринимать требуемые пределы огнестойкости, исходя из продолжительностимоделируемого «реального» пожара и влияния их температурного режима напрогрев конструкций (теплотехническую задачу), а также схему работы иусловия разрушения (прочностную задачу).Припроведениистандартныхогневыхиспытанийнесущихжелезобетонных конструкций или металлических с огнезащитой испытанияпроводятсядопотеринесущейспособностивследствиеобрушенияконструкции или возникновения предельных деформаций R.

Испытанияостанавливаются после того, как конструкция достигла значения требуемого(нормативного) предела огнестойкости. Это вполне логично, так как зачемрасходовать топливо, если уже конструкция выполняет нормативныетребования. Но при этом реальный предел огнестойкости конструкции можетбыть значительно выше.Автором работы [45] сформулирована методика приведения «реальных»пожаров к стандартному режиму, исходя из наступления критическойтемпературы (II концепция определения эквивалентной продолжительностипожара):1.Рассчитываютсятемпературыпрогревазащитныхслоевтолщинами (δ1, δ2, δ3) в конструкции при воздействии «реального» пожара(рисунок 1.21).2.Поточкам,соответствующиммаксимальнымтемпературампрогрева слоев, строится кривая зависимости этих температур от толщинызащитного слоя (рисунок 1.22).563.По величине критической температуры Ткр определяют толщинузащитного слоя δпр, при которой в условиях «реального» пожара конструкцияможет потерять свою огнестойкость.4.Далее по толщине этого защитного слоя расчетом находят пределогнестойкости конструкции, то есть определяют длительность действиястандартногоиспытания,такжеразрушающегорассматриваемуюконструкцию.Предел огнестойкости конструкций, работающих на сжатие, например,колонны и несущие стены определяется достижением их несущей способностизначений нормативной рабочей нагрузки [86].

Общая процедура расчетапрогрева конструкций должна быть дополнена статистическим расчетомизменения прочности конструкций за время возможного пожара в помещении.Методика расчета несущей способности железобетонных конструкцийпри «реальном» пожаре [45]:1.Рассчитывается температурный режим пожара по вычисленной илиизвестной пожарной нагрузке.2.Прогрев сечения конструкции по методу определения фактическогопредела огнестойкости для железобетонных конструкций (закон теплообменавыбирается в соответствии с ориентацией конструкции).3.Расчет несущей способности определяется до тех пор, пока недостигнет максимума среднее значение температуры в сечении конструкции,которое вычисляется по формуле:Тсрax =∑ ,(1.11)где – температура в узле ij; M, N – количество шагов пространственнойрасчетной сетки сечения колонны в направлениях ij.57Рисунок 1.21 – Принцип определения максимальных значений температуры по толщинеконструкции [45]:1, 2, 3 – кривые прогрева защитных слоев, соответственно толщиной δ1, δ2, δ3;t – время прогрева слоев до максимальных значений температур TmaxВ затухающей стадии пожара продолжается снижение несущейспособности железобетонных сжатых элементов конструкций.

Поэтому расчетнесущей способности таких конструкций в условиях «реальных» пожаровдолжен включать в себя, помимо тепловой и статической задачи вразвивающейся и развитой стадиях пожара, определение потери несущейспособности в затухающей стадии пожара.Рисунок 1.22 – Принцип определения критической толщины защитного слоя:δкр – критическая толщина защитного слоя;Ткр – критическое значение температуры58Реальное время потери огнестойкости конструкции И.С. Молчадскимопределяется как: = п + НСП ,гдеп–условная(1.12)продолжительность пожара (ч, мин);НСП–продолжительность начальной стадии пожара (ч, мин).Условная продолжительность пожара (п ) величина приблизительная иориентировочная, которую весьма сомнительно применять для ВЖЗ (дляжилых зданий принимается от 0,5 до 1 часа).Максимальноестатическизначениенеопределимыхтребуемогоконструкцийпределаприогнестойкостидляп = 0,5 − 1 ч составляет120 – 180 минут.

Начальная стадия пожара НСП в 10 – 15 минут для основныхнесущих конструкций из железобетона или металлических конструкций согнезащитой из бетона по вносимому вкладу в их прогрев ничтожна мала в видунебольшой мощности пожара.Дляизгибающихсянесущихконструкцийтребуемыепределыогнестойкости (ПОиз ) определяются по следующему соотношению:ПОиз ≥ НСП +1,1п ,(1.13)где 1,1 – коэффициент, учитывающий процесс инерционности при нагревеконструкции.Для сжатых несущих конструкций требуемые пределы огнестойкости(ПОсж ) определяются по следующему соотношению:ПОсж ≥ НСП +п +з.п ,(1.14)где з.п – продолжительность затухающей стадии для объемного или локальногопожаров.Стадии развития пожаров в работе [45] определяются графически, по невполне понятным и обоснованным зависимостям и не могут быть примененыдля ВЖЗ, температурные режимы в которых отличны.В работе [32] авторы используют симбиоз методов определениятребуемых пределов огнестойкости конструкций с учетом эквивалентной59продолжительностиИ.С.Молчадскимпожара,иВ.М.предложеннымиРойтманом.вРФОтмечаетсяпрофессоромперспективностьиспользования компьютерного моделирования «реального» пожара полевымметодом при определении эквивалентной продолжительности пожара.Требуемые пределы огнестойкости по рассмотренным выше подходам иметодам определяются с учетом коэффициента огнестойкости Ко, либо без него.В настоящее время еще нельзя говорить о достаточности накопленных данных,необходимых для назначения и обоснования коэффициента огнестойкости Ко.Кроме этого, при анализе литературы выявлено, что существует путаница втерминологии данного коэффициента, например, встречаются следующие егоназвания: коэффициент безопасности, коэффициент запаса или коэффициентнадежности.Коэффициент огнестойкости Ко в работе [73] является коэффициентомзапаса и должен гарантировать надежность сохранения конструкцией своихрабочих функций в течение определенной части пожара либо всей егопродолжительности, а для основных несущих конструкций − гарантироватьвозможность продолжения эксплуатации и после окончания пожара.

Вотраслевом стандарте [53], пособии к нему [87] и работах профессораА.Ф. Милованова для возможности эксплуатации ЗиС после пожара вводитсяпонятие «огнесохранность». Согласно п. 4.11 [87], «при проектированиимногофункциональныхвысотныхзданий,комплексовисооружений,относящихся к первому ответственному уровню надежности, отказы которыхпосле пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическимпоследствиям, а также тех конструкций, восстановление которых потребуетбольших технических сложностей и затрат, необходимо обеспечить ихогнесохранность после пожара».Огнесохранность железобетонной конструкции − такое ее состояние, прикотором остаточная прочность или необратимые деформации обеспечиваютнадежную работу после «стандартного» пожара.

Расчет огнесохранностижелезобетонной конструкции после пожара ведется при расчетных нагрузках и60расчетных сопротивлениях бетона и арматуры после огневого воздействия. Припроектировании железобетонных конструкций, указанных в пп. 4.11, 11.1 [87],должна быть проверена их огнесохранность после пожара длительностью,эквивалентной пределу огнестойкости конструкции. При этом следуетаналитически предусмотреть всевозможные последствия разрушающеговоздействия огня на наружные слои бетона и арматуру. Возможно из-за того,что должна быть проверена их огнесохранность после пожара длительностью,эквивалентной пределу огнестойкости конструкции, требуемые пределыогнестойкости для ВЗ и ВЖЗ в РФ принимаются в 2 раза выше, чем за рубежом,согласно анализу их назначения, в нормах и СТУ.Начиная с сформулированного профессором В.И.

Мурашовым принципаопределения требуемых пределов огнестойкости 1950 годов и вплоть до начала2000 годов, коэффициент огнестойкости Ко принимался без научногообоснования с учетом неопределенности на запас. Запас принимался ввидунедостаточности научных исследований по продолжительности пожара,надежности и совместной работы несущих строительных конструкций припожаре в различных по назначению зданиях. А также не изученности влиянияна коэффициент огнестойкости или взаимосвязи с ним следующих факторов:назначения ЗиС (класс функциональной пожарной опасности);назначения и вида несущих (горизонтальных и вертикальных)конструктивных элементов, их специфику совместной работы на пожаре поднагрузкой, а также влияние на общую устойчивость ЗиС (анализ и исследованиеповедения различных конструктивных систем ЗиС);капитальности (долговечности);огнесохранности и сохранения устойчивости ЗиС после пожара ивозможности дальнейшей эксплуатации;малой изученности прочностных и теплофизических характеристикновых строительных материалов;нагрузок на несущие конструкции;61малой изученности и сложности достоверного прогнозирования(моделирования) процесса пожара, всей его продолжительности в ЗиСразличного назначения;малой изученности влияния на пожарную опасность и требуемуюстепень огнестойкости высоты ЗиС, этажности, вместимости (проектногоколичества людей), площади пожарного отсека, наличия АУПТ и категорий повзрыво- и пожарной опасности, то есть по сути количества пожарной нагрузки;количественных значений пожарной нагрузки ЗиС различныхклассов функциональной пожарной опасности;возможностей оперативных пожарных подразделений (времяприбытия, время развертывания сил и средств, время локализации иликвидации (тушения) пожара, а также влияния введенных пожарных стволовна «реальный» температурный режим пожара и несущие конструкции).Не исключается также возможность при достаточных фактическихколичественных значениях пожарной опасности различных ЗиС, развитиясистемы пожарного страхования в РФ и возможности рисковать своимимуществом собственниками, выбора другого подхода определения требуемыхпределовогнестойкости,прикоторомнадобностьвкоэффициентеогнестойкости будет исключена [72].В нормативных документах [80, 81, 88] коэффициент огнестойкости Козависит и определяется от характеристики безопасности β, которая зависит отвероятности отказов конструкций при пожаре Рп.Коэффициент огнестойкости вычисляют по формулеKо=0,527·exp(0,36β),(1.15)где β – характеристика безопасности, зависящая от величины вероятностиотказов конструкций при пожаре – Рп.Значение предельной вероятности отказа конструкции в условияхпожаров Рп рассчитывают по формуле62Рп =доп,0 ∙(1− )∙(1−п.о )(1.16)где Рдоп – допустимая годовая частота отказов конструкций (вертикальные игоризонтальные несущие конструкции, противопожарные преграды, ригели,перекрытия, фермы, балки, перегородки и прочие строительные конструкции),при этом, про колонны видимо забыли, либо отнесли к прочим строительнымконструкциям; Р0 – вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м2площади помещения; РА– вероятность выполнения задачи (тушения пожара)АУПТ; Рп.о – вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарнойохраны.Для расчета Ко авторами следующих работ [80, 81, 87] предлагаетсяформула и таблица Л.4 стандартов [33, 80, 87]:Ко = 0,415-0,4log PПi,(1.17)Определение коэффициента огнестойкости в зависимости от предельнойвероятности отказа конструкции в условиях пожаров имеет под собой хотя быкакое-то научное обоснование вероятностным методом.Подобныйподходкопределениюкоэффициентаогнестойкостивероятностным методом предусматривается в британском стандарте [89].Коэффициент огнестойкости определяют в зависимости от требуемойнадежности(вероятностиотказа)строительнойконструкциидляотносительных дисперсий расчетного и фактического пределов огнестойкости0,15.В качестве коэффициента огнестойкости (запаса) принимается расчетноевремя эвакуации в ВЗ (приложение Ж [58]).

Наибольший предел огнестойкостинесущих конструкций составляет REI 180 с примечанием, что пределогнестойкости должен быть не менее чем на 30 минут больше значениярасчетного времени эвакуации людей из ВЗ. В принципе, при соответствующемобосновании расчетами, позволяет применять в ВЗ строительные конструкциис пределами огнестойкости значительно меньше 180 минут. Естественно, при63условии минимизации расчетного времени эвакуации людей при пожаре, чтопредопределяется,восновном,объемно-планировочнымирешениямиэвакуационных путей и выходов [30].ВЗ должны быть защищены от прогрессирующего обрушения в случаелокального разрушения несущих конструкций в результате возникновенияаварийныхчрезвычайныхситуаций:природных,антропогенныхитехногенных.Основное средство защиты зданий от прогрессирующего обрушения –резервированиепрочностинесущихэлементов,обеспечениенесущейспособности колонн, ригелей, диафрагм, дисков перекрытий и стыковконструкций;созданиенеразрезностиинепрерывностиармированияперекрытий, повышение пластических свойств связей между конструкциями,включение в работу пространственной системы ненесущих элементов.Все вышеперечисленные меры несомненно влияют в целом наогнестойкость несущих конструкций (каркас) в сторону ее повышения.