Диссертация (1172918), страница 12
Текст из файла (страница 12)
ОГНЕСТОЙКОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ ЛЕГКИХ ДЕРЕВЯННЫХКАРКАСНЫХ КОНСТРУКЦИЙИзвестно, что огнестойкость строительных конструкций зависит от вида материалов, геометрических размеров и конфигурации сечения несущего элемента,узлов сочленения, наличия элементов усиления, величины механических нагрузок, условий огневого воздействия (пожара) и многих других факторов [66, 67, 68,69]. Функции ограждающих конструкций и частей сооружений сводятся к предотвращению распространения пожара в соседние с очагом пожара помещения иограничению воздействия на людей опасных факторов пожара.
Поэтому ограждающие конструкции должны иметь фактический предел огнестойкости не нижетребуемого значения. Последнее рассматривается как требуемый период временисохранения целостности конструкции (критерий Е), еѐ теплоизолирующей способности (критерий I), а также ограниченного радиационного излучения от необогреваемой поверхности конструкции (критерий W) и дымогазонепроницаемости(критерий S).Термические и физические свойства материалов отдельных элементов всейсистемы в целом должны в значительной степени определять огнестойкость ипожарную опасность строительных деревянных конструкций.
Обеспечение и повышение необходимого уровня пожарной безопасности строительных объектовможет быть реализовано за счет применения в деревянном домостроении инновационных материалов с высокими пожарно-техническими характеристиками.В настоящей главе приведены результаты маломасштабных испытаний пристандартном температурном режиме пожара огнестойкости ограждающих легкихдеревянных каркасных конструкций с разной комбинацией высококачественныхсовременных, облицовочных и инновационных теплоизоляционных материалов.Исследуемые образцы моделировали фрагменты ненесущих ограждающих конструкций каркасного деревянного дома (стен, перегородок).77В диссертационной работе для испытания огнестойкости образцов применяли маломасштабную огневую печь с размерами огневой камеры 0,5×0,39×0,4 м.
Вкамере с помощью специально регулируемой газовой горелки устанавливалистандартный температурно-временной режим пожара в соответствии с ГОСТ30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 [51,52]:Т = 345 lg (8τ + 1) + To , о С(5.1)где, Т и То – текущая и начальная температура в огневой камере, τ - время,мин.Показания температуры в печи и в соответствующих контрольных точках наподвергаемой огневому воздействию и необогреваемой поверхности, а такжевнутри образцов регистрировались автоматически в ходе испытания приборомИРТМ.Исследуемые образцы, представляли собой трехслойные или 4-х слойные системы.
Деревянные стойки сечением 150×50 мм были изготовлены из древесинысосны или ели. Образцы с площадью поверхности 370×300 мм, подвергаемой огневому воздействию, устанавливали в вертикальном положении (Рисунок 5.1.).Рисунок 5.1 – Вид маломасштабной «Огневой печи» перед началом эксперимента78Изменение средней плотности теплового потока в маломасштабной огневойпечи при горении пропан-бутановой газовой смеси в ходе нарастания температуры по стандартному режиму пожара определяли с помощью датчика полного потока (датчик Гордона). Полный тепловой поток, действующий на приемник датчика при стандартном режиме пожара определялся по формуле:Q= ,(5.2)где, Q – полный тепловой поток в огневой печи, кВт;U – термо–э.д.с, создающийся в приемнике полного теплового потока,мкВ;k – переводной коэффициент приемника полного теплового потока,мкВ×м2/кВт.Результаты измерения температуры по стандартному режиму пожара инарастанию плотности теплового потока в огневой камере представлены в таблице 5.1.Таблица 5.1 – Результаты измерения температуры и теплового потока при горении пропан-бутановой смеси в огневой печиqe17212326323839465257637390τ,мин22,5345710152030404558Тпеч,оС3183504004505186086507007508088509051000кВт/м2На рисунке 5.2 показана кривая, соответствующая изменению температурыпо стандартному режиму пожара и нарастанию плотности теплового потока в огневой камере.79Рисунок 5.2 –Изменение температуры и теплового потока в огневой печи при стандартном режиме пожараРезультаты приводят к выводу, что плотность теплового потока в огневойпечи при стандартном режиме пожара возрастает со временем τ по степенному закону: q‖e = 17,2 τ0,4.
Полученная степенная зависимость плотности теплового потока от времени в маломасштабной огневой печи согласуется с зависимостью,установленной в стандартных крупномасштабных испытаниях для мгновенной:q‖e = 25,2 τ0,4 и средней плотности теплового потока за весь период испытания: q‖e= 18τ0,4 [58].805.1.
Определение фактического предела огнестойкости ограждающих ЛДКрКи вклад в огнестойкость составляющих элементовПредел огнестойкости ограждающих конструкций определяли по признакамEI: времени потери целостности (Е) и теплоизолирующей способности (I – времени достижения критической максимальной температуры 180 °С на необогреваемой стороне конструкции). Проведены испытания в огневой печи семи вариантовфрагментов ЛДКрК с различными вариантами их конструкторского исполнения.Оценивалось влияние материалов теплоизоляции и облицовки. Вклад в общуюогнестойкость конструкции каждого слоя оценивали по температурным кривым, впредположении достижения на обогреваемой стороне древесины или полимернойтеплоизоляции температуры 270 оС.
Использован также расчетный метод оценкивкладов в соответствии с рекомендациями [70, 17,18]. Таким образом, фактический предел огнестойкости ограждающих конструкций равен сумме временныхвкладов составляющих элементов: Пф = Στi. Схема установки термопар на исследуемых фрагментах ограждающих легких деревянных каркасных конструкцийпредставлена на рисунке 5.1.1Рисунок 5.1.1 – Облицовочная плита со стороны огневого воздействия; 3 – деревянные стойки;4 – теплоизоляция; 5 – облицовочная плита на обратной стороне конструкции;- локация спаев термопар Тn81В качестве первой ограждающей конструкции была испытана 3-х слойная система I, включающая элементы: OSB, утеплитель Rockwool и OSB (Таблица5.1.1).Таблица 5.1.1–Характеристика элементов ограждающей конструкции системы IНаименованиеПлотность,Размеры, мМасса, кгматериалакг/м3Система IOSB0,37×0,3×0,0090,62620Утеплитель «Rockwool scandic»0,255×0,3×0,10,26835OSB0,37×0,3×0,0090,62620Каркас: сосна (0,025)0,3×0,1×0,0250,348464Фактический предел огнестойкости ограждающей деревянной конструкциисистемы I по результатам температурных измерений составил 42 минуты (рисунок 5.1.2).Рисунок 5.1.2 – Динамика изменения температуры в огневой печи и контрольныхточках на поверхности элементов конструкции (система I): Т1 – стандартный режим пожара; Т2– на обогреваемой поверхности OSB; Т3 – на необогреваемой поверхности конструкции82Расчет вклада отдельных элементов в огнестойкость этой ограждающей конструкции проведен в соответствии с EN 1995-1-2 Eurocode 5 [17] и рекомендацией[18].
Метод расчета основан на рассмотрении направления теплопередачи вограждающей конструкции и последовательной оценке времени потери теплоизолирующей способности каждого слоя, учете соседних слоев на теплопередачу ивлияния узлов соединения в конструкции. Указанный учет осуществляют с помощью ввода соответствующих поправочных коэффициентов в базовые значениятеплоизолирующей способности каждого элемента.
Предел огнестойкости конструкции в целом равен сумме вкладов отдельных элементов, характеризуемыхвременем потери их теплозащитных свойств. Базовые значения защитных свойствэлементов конструкции в зависимости от их толщины, а также поправочные коэффициенты в [17,18] были рассчитаны методом конечных элементов и согласованы с результатами крупномасштабных стандартных испытаний. В результатедля каждого материала конструктивного элемента представлены расчетные формулы.В технической рекомендации по проектированию деревянных зданий и сооружений [17] расширен список материалов, используемых в качестве элементовограждающих конструкций, по сравнению с Eurocode 5 [18].
В частности, приведены данные для OSB плит и базальтового утеплителя. Это обстоятельство позволило рассчитать огнестойкость ограждающей конструкции системы I и вклады внеѐ используемых конструктивных элементов. Ниже представлены используемыерасчетные зависимости, заимствованные из [18] и полученные с их помощью.Базовое значение времени огнезащиты первого элемента – OSB плиты рассчитывали по формуле: tprot,0,1 = 23(h1 / 20)1,1 = 23 (9 /20)1,1 = 9,56 мин.Позиционные коэффициенты для этого слоя: kpos,exp,1 = 1 (c обогреваемой стороны нет других слоев); kpos, unexp,1 = 0,5 h10,15 = 0,5 ×90,15 = 0,7.Вклад в предел огнестойкости конструкции первого слоя OSB плиты составляет 9,56×1×0,7 = 6,69 мин.Базовое значение второго слоя конструкции – теплоизоляции Rockwool Scandic рассчитывали по формуле:83tprot,0,2 = 0,3 h2 [(0,75 log ρ) - ρ/400] = 0,3 x 100 [(0,75 x log 36) – 36/ 400] = 41,4 мин.Позиционные коэффициенты для второго слоя - теплоизоляции:kprot,exp,2 = 1 – 0,6×(tprot,1/ tprot,0,2) =1 – 0,6 × 6,69/41,4 =1- 0,162 =0,838.kprot,unexp,2 = 1 (необогреваемая сторона теплоизоляции – плита OSB).Таким образом, вклад теплоизоляции в огнестойкость конструкции равен:41,4 × 0,838 = 34,69 мин.Наконец, базовое значение последнего слоя ограждающей конструкции –OSB плиты: tins,0,3 = 16 (h3 /20) 1,4 = 16 (9 /20)1,4 = 5,23 мин.Коэффициент позиции последнего слоя:kipos,exo,3 = 0,5 √ (tprot,0,3 / ∑ tprot,1,2) = 0,5 √ 5,23 /(6,7 + 34,7) = 0,5 × 0,35 = 0,126.Вклад в огнестойкость ограждающей конструкции OSB плиты составит время: 5,23 × 0,126 = 0,66 мин.Таким образом, расчетный предел огнестойкости конструкции с соответствующими вкладами еѐ элементов равен:Пф = ∑τi = (6,7)OSB +(34,7)R-WOOL + (0,7) OSB = 42,1 мин.Это значение практически не отличается от фактического, хотя не учтенвклад металлического узла соединения, отрицательно сказывающемся на огнестойкости ограждающей конструкции в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
