CC BY
22X = к - М-в -М-л . (9)
2 ч-Л
Подставляя выражение для х в формулу (8) будем иметь:
М. = +М,,‘~ М-Л - - -М-в 2 Мл - -М,.., = М„р . (10)
8 2“-,к 0 2
Выполнив преобразования, получим формулу для расчета несущей способности балки:
Ур.к 72
2M,.„ + M, a + MrJ +V(2M„ + Mr A + Mr B )2 + Mr A - MrJ 1 . (11)
Формула (11) также справедлива при Мр,А = 0 или Мр,В = 0 (на опоре А или на опоре В имеется шарнир), а также при Мр,А = МрВ = Мр>оп. В последнем случае она приводится к виду:
ч,.. = 8 (м„( + М„„) . (12)
10
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мосалков И. Л., Плюснина Г. Ф. , Фролов А. Ю. Огнестойкость строительных конструкций. - М.: ЗАО «Спецтехника», 2001. - 496 с.
2. Яковлев А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. - М.: Стройиз-дат, 1988. - 140 с.
УДК 614.841
В. М. БУБНОВ,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России
V. BUBNOV
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ ОГНЕЗАЩИТЫ ОСНОВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рассмотрены вопросы определения эффективности средств огнезащиты стальных, деревянных и железобетонных конструкций. Предлагается разработать и модернизировать существующие методы оценки эффективности огнезащиты в целях получения результатов испытаний, пригодных для проведения расчетной оценки огнестойкости конструкций. Разработаны основные подходы к проведению таких испытаний огнезащиты основных строительных конструкций.
Questions of definition of efficiency of means fire defense of steel, wooden and ferroconcrete designs are considered. It is offered to develop and modernise existing methods of an estimation of efficiency fire defense for the purpose of reception of results of tests suitable for carrying out of a settlement estimation of fire resistance of designs. The basic approaches to carrying out of such tests fire defense the basic building designs are developed.
Огнезащита строительных конструкций производится в целях увеличения их огнестойкости. Пожарная опасность конструкций может быть оценена по пожарной опасности материалов, используемых в конструкциях, в том числе по пожарной опасности огнезащищенных материалов. В настоящее время оценка эффективности средств огнезащиты конструкций [1, 2] носит сравнительный характер (эффективность различных огнезащитных средств соотносится между собой) и результаты огневых испытаний огнезащиты неприменимы при оценке огнестойкости конструкций. Кроме того, в настоящее время не разработан метод оценки эффективности средств огнезащиты железобетонных конструкций, хотя такая огнезащита уже применяется при строительстве и реконструкции зданий.
В наиболее простом варианте оценка прогрева защищенных стальных конструкций проводится по численному моделированию прогрева двухслойной (огнезащита - сталь) неограниченной пластины. Для осуществления такого моделирования необходимо знать теплофизические характеристики огнезащиты. Знание значений теплофизических характеристик огнезащиты позволяет оценивать прогрев конструкций различных сечений (меняется значение приведенной толщины сечения). В связи с этим в результате проведения огневых испытаний огнезащиты [1] целесообразно определять теплофизические характеристики огнезащиты. Значения установленных при испытаниях теплофизических характеристик огнезащиты должны определять модельный прогрев стальной пластины, соответствующий прогреву двутавра в условиях огневых испытаний огнезащиты. Такие эффективные теплофизические характеристики огнезащиты конечно нельзя считать истинными, что вводит ограничения на их использование при численном моделировании прогрева, отличном от моделирования прогрева двухслойной неограниченной пластины.
Практика проведения расчетов показывает, что модельный прогрев стальной пластины, соответствующий экспериментальному прогреву двутавра, при любом виде его огнезащиты, достигается при использовании для слоя огнезащиты приведенного уравнения теплопроводности с источниковыми членами:
дТ дТф д 2Т K (1)
— + —- = а—т + Ка , (1)
дт дт дх
где Т - температура огнезащиты; т - время; а - эффективный коэффициент температуропроводности огнезащиты; Тф - фиктивная температура [4],
понижающая температуру огнезащиты при наличии скрытого теплоотвода в огнезащите; Kq - коэффициент, повышающий температуру огнезащиты при наличии скрытого тепловыделения в огнезащите.
При численном моделировании прогрева двухслойной пластины необходимо для уравнения (1) задать:
- значение осредненной толщины огнезащиты 5 = const;
- значение Тф, которое будет моделировать снижение интенсивности роста температуры при использовании вспучивающихся составов;
- значение температуры огнезащиты Твсп, при которой начинается вспучивание состава;
- значение Kq, которое будет моделировать изменение температуры при механическом разрушении материала огнезащиты (растрескивание) или разрушении крепления огнезащиты;
- значение температуры огнезащиты Тф при которой начинается механическое разрушение огнезащиты;
- значение эффективного коэффициента температуропроводности.
При наличии соответствующей компьютерной программы подбор эффективных параметров (Тф, Твсп, Kq, Тф а) производится в следующем порядке:
1. Подбирается значение а = const или а = f(X) при Тф = 0 и Kq = 0, при этом ориентируются на участок экспериментальной кривой со средней интенсивностью роста температуры.
2. По экспериментальной кривой определяют значение Твсп = const.
3. При известном значении температуры Твсп подбирается значение Тф = const при Kq = 0, при этом ориентируются на участок экспериментальной кривой с замедленной интенсивностью роста температуры.
4. По экспериментальной кривой определяют значение ТС1 = const.
5. При известном значении температуры ТС1 подбирается функция Kq = f(T), при этом ориентируются на участок экспериментальной кривой с ускоренной интенсивностью роста температуры.
Испытания огнезащиты проводятся на образцах стандартных двутавров, у которых толщина полок существенно отличается от толщины стенки. Это отличие может вызывать существенно неодинаковый прогрев полок и стенки двутавра при огнезащите его по периметру сечения, что может приводить к увеличению погрешности подбора эффективных теплофизических характеристик огнезащиты. В связи с этим испытания огнезащиты целесообразно проводить с использованием двутавров с одинаковой толщиной их полок и стенок.
Огнестойкость стальных конструкций зависит от их критической температуры прогрева, которую определяет значение коэффициента надежности по нагрузке. При испытаниях огнезащиты [1] принята критическая температура равная 500 °С, что соответствует осредненному, наиболее
часто принимаемому при проектировании значению коэффициента надежности по нагрузке. Из практики проведения расчетов известно, что критическая температура конструкций может меняться от 400 до 600 °С, а в некоторых случаях при больших значениях коэффициентов надежности по нагрузке или для элементов, устанавливаемых по конструктивным соображениям без расчета, критическая температура может достигать значений близких к 800 °С. Все это накладывает значительные ограничения на использование результатов испытаний огнезащиты при оценке огнестойкости конструкций. Следовательно, при испытаниях огнезащиты стоит принять критическую температуру, соответствующую максимально возможному значению коэффициента надежности по нагрузке.
Таким образом, внесение отмеченных выше незначительных изменений в огневые испытания огнезащиты стальных конструкций и определение эффективных теплофизических характеристик позволит применять результаты испытаний к оценке огнестойкости конструкций. При необходимости, для сравнительной оценки эффективности огнезащиты также может учитываться значение времени достижения критической температуры.
Огнестойкость деревянных конструкций определяет как величина коэффициента надежности по нагрузке, так и время начала обугливания, и его скорость. В связи с этим при проведении огневых испытаний огнезащиты деревянных конструкций целесообразно определять параметры выгорания древесины. Такие испытания можно проводить аналогично испытаниям огнезащиты стальных конструкций с использованием того же оборудования на образцах бруса прямоугольного сечения вместо образцов двутавров.
Размеры сечения бруса имеет смысл установить, основываясь на максимально возможном значении коэффициента надежности по нагрузке, который определяет максимальную глубину обугливания конструкций, и необходимые минимальные размеры необугленной части сечения бруса после испытаний. Также минимальные размеры необугленной части сечения определяют радиусы скруглений, равные глубине обугливания (принято для проведения расчетов). Исходя из этого, следует установить значение критической для испытаний глубины обугливания древесины и определить продолжительность испытаний как время достижения критической глубины обугливания.
Возможно, установленные размеры сечения образцов будут превышать максимальные размеры сечения деловой древесины. В этом случае представляется возможным применение в качестве образцов цельной древесины составных брусьев, плотно прилегающих друг к другу и скрепленных между собой в их торцах. Конечно, в зависимости от применения огнезащиты к той или иной конструкции в качестве образцов должна использоваться соответствующая клееная древесина.
Для осуществления контроля качества огнезащиты деревянных конструкций при ее производстве следует проводить испытания аналогичные испытаниям для огнезащиты стальных конструкций [1] с использованием того же оборудования и образцов в виде досок. Не закрывающееся доской пространство печи можно закрывать какими-либо огнеупорными плитами.
Проведение таких огневых испытаний с измерением температуры в поверхностном слое образцов - брусьев и на расстоянии от их поверхности, равном критической глубине обугливания, позволяют определять время начала обугливания и среднюю скорость обугливания, которые необходимы для проведения расчетной оценки огнестойкости конструкций. При необходимости для сравнительной оценки эффективности огнезащиты можно использовать значение времени от начала огневого испытания до достижения критической глубины обугливания.
Огнестойкость железобетонных конструкций также как и огнестойкость других конструкций зависит от значения коэффициента надежности по нагрузке. При этом в отличие от огнестойкости других конструкций огнестойкость железобетонных конструкций оценивается по величине их несущей способности, которую определяет толщина защитного слоя бетона. В связи с этим при проведении огневых испытаний огнезащиты железобетонных конструкций важно определять эквивалентную толщину дополнительного защитного слоя бетона. Использование такого подхода подтверждается исследованиями, на основе которых разрабатывались положения пособия [3].
Огневые испытания огнезащиты железобетонных конструкций можно проводить аналогично испытаниям огнезащиты стальных конструкций с использованием того же оборудования на образцах - плитах, прикрепленных к поверхностям огневой камеры печи. Размеры плит должны исключать воздействие теплового потока через их торцевые поверхности на температуру средней части плит. В целях уменьшения размеров плит они могут быть выполнены из огнеупорного материала, что, к тому же, будет обеспечивать многоразовость их использования. Теплотехнические характеристики огнеупорного материала плит должны обеспечивать их прогрев, подобный прогреву основных видов бетонов. При необходимости плиты могут армироваться слоями стальных сеток, что будет влиять на общую их температуропроводность. При подборе толщины и материала плит - образцов можно использовать равенство критерия Фурье для плит - образцов и бетонных плит, которое с достаточной точностью выполняется для различных видов бетонов (см. рекомендации [3] по приведению различных бетонов к тяжелому бетону на гранитном щебне):
Кп _та*_та^_ап _ (2)
Я 2 О2 О2 г 2 , (2)
Оп Оь Оп Оь
где 5п и ап, Ьъ и аъ - толщина и коэффициент температуропроводности соответственно плит - образцов и бетонных плит.
Сущность проведения испытаний плиты с огнезащитой будет заключаться в определении времени достижения критической температуры (тсг) в плите на различных расстояниях от ее обогреваемой поверхности и построения графика зависимости тсг = Ах. Полученные результаты испытаний и тарировка плит на различные виды бетонов позволяют определять эквивалентную огнезащите толщину слоя того или иного вида бетона. А именно, при известном графике зависимости тсг = Ах для незащищенной плиты, эквивалентная материалу плиты толщина огнезащиты определяется в результате совмещения двух графиков при их смещении относительно друг друга по оси Ах. При неудовлетворительном совмещении графиков следует принимать минимальную эквивалентную толщину, что будет повышать надежность полученных результатов испытаний. После получения значения эквивалентной материалу плиты толщины огнезащиты эта толщина приводится к эквивалентной толщине дополнительного слоя бетона с использованием равенства (2).
В качестве критической температуры для испытаний плит - образцов следует принять температуру, соответствующую критической температуре рабочей арматуры в железобетонных конструкциях при максимально возможном значении коэффициента надежности по нагрузке.
Для осуществления контроля качества огнезащиты железобетонных конструкций при ее производстве также следует проводить испытания аналогичные испытаниям для огнезащиты стальных конструкций [1] с использованием того же оборудования и образцов в виде плит аналогичных плитам для основных испытаний. При этом время достижения критической температуры можно измерять на двух расстояниях от обогреваемой поверхности плиты.
Разработка метода испытаний огнезащиты для железобетонных конструкций на основе выше приведенных основных положений позволит не только оценивать эффективность огнезащиты по толщине эквивалентного огнезащите добавочного защитного слоя бетона, но и использовать полученные результаты при выполнении расчетной оценки огнестойкости конструкций.
Предлагаемые подходы к испытаниям огнезащиты основных строительных конструкций определяют практическую направленность результатов испытаний и оптимизируют количество испытаний огнезащиты конструкций, связанных с различными размерами их сечений. Следует отметить, что изменение толщины огнезащиты или изменение ее крепления к конструкциям требует проведения повторных испытаний. В связи с этим в сертификаты пожарной безопасности должны включаться не только характеристики огнезащитных материалов и их толщина, но и описание крепления
огнезащиты, и, конечно, результаты испытаний, необходимые для выполнения расчетной оценки огнестойкости конструкций. Такие сертификаты будут существенно повышать уровень надзорной деятельности в области пожарной безопасности строительных конструкций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. НПБ 236-97. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.
2. НПБ 251-98. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний.
3. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов. - М.: Стройиз-дат, 1985.
4. Яковлев А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. - М.: Стройиз-дат, 1988.
УДК 614.841
В. М. БУБНОВ,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России
Д. В. БУБНОВ, старший инженер отдела Академии ГПС МЧС России
V. BUBNOV, D. BUBNOV
УРАВНЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ЗОН В ПОМЕЩЕНИЯХ ПРИ ИНТЕГРАЛЬНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПОЖАРА
Рассмотрены вопросы интегрального моделирования пожара в помещениях. Предлагается использовать параметр, позволяющий оценивать как токсичность продуктов горения, так и снижение видимости при пожаре. Получено уравнение, описывающее изменение предложенного параметра. На основе осреднения открытых поверхностей и расположения различных горючих материалов в помещениях получены формулы для определения удельной массовой скорости выгорания, теплоты сгорания, показателя токсичности и дымообразующей способности материалов при совместном их выгорании.
Questions of integrated modelling of a fire in premises are considered. It is offered to use parametre allowing to estimate both toxicity of products of burning, and visibility decrease at a fire. The equation describing changes of the offered parametre is received. On the basis of averaging of open surfaces and an arrangement of various combustible materials in premises formulas for definition of definition of specific mass speed of burning out, warmth of combustion, an indicator of toxicity and smoke abilities of materials are received at their joint burning out.
