Строительство и архитектура/1. Архитектурные решения объектов строительства и реконструкции

Степанов В.Г. Степанюченко В.С.

Тольяттинский военный технический институт

Обеспечение огнестойкости несущих железобетонных строительных конструкций

Обеспечение устойчивости зданий в условиях пожара и, в частности, огнестойкости строительных конструкций в соответствии с нормами [1,2] остается весьма актуальной задачей. Это связано с применением в строительстве новых видов конструкций, которые обычно рассчитываются по всем правилам строительной механики, но разрушаются при пожаре в течение нескольких минут. К числу таких конструкций относятся, в первую очередь, конструкции с несущими элементами из металла без огнезащиты, железобетона с недостаточным защитным слоем бетона до арматуры или повышенной влажностью, что может вызвать «хрупкое» (взрывообразное) разрушение бетона.

В настоящее время аттестационные методы и современные экспериментальные установки, позволяют значительно расширить область проводимых исследований и научных разработок, они обладают усовершенствованным оборудованием и удовлетворяют требованиям международных стандартов по основным параметрам: автоматизации режима нагрева, замерам температур и деформаций, системе нагружения и габаритам испытываемых образцов.

Термин «несущие строительные конструкции» определен в [1]. Несущие строительные конструкции классифицируются по назначению, т. е. выполняемым функциям в здании, и по исполнению, т. е. в зависимости от материалов или композитов, из которых они изготовлены.

По назначению железобетонные конструкции можно разделить на две группы: собственно несущие и ограждающие конструкции. Несущие конструкции, которые только воспринимают нагрузку, как правило, имеют стержневую форму (за исключением арок). К ним относятся такие элементы, как колонны, ригели, балки и т. п. В этих элементах происходит концентрация напряжений от внутренних и внешних нагрузок здания, поэтому, при сравнительно небольших сечениях, они имеют большую прочность, благодаря применению высокопрочных материалов. В нормах пожарной безопасности к этим элементам предъявляются требования, касающиеся потери несущей способности.

К несущим ограждающим конструкциям относятся несущие стены, плиты безбалочных перекрытий и т. п. Эти элементы, имеющие плоскую форму, воспринимают нагрузку и используются также для разделения здания на противопожарные отсеки. К пределу огнестойкости несущих элементов здания, выполняющих функции ограждающих конструкций, в нормативных документах должны предъявляться дополнительные требования по потере целостности и теплоизолирующей способности с учетом класса функциональной пожарной опасности зданий и помещений.

В настоящее время основополагающим документом, устанавливающим требования пожарной опасности к зданиям и сооружениям, являются [1]. Дополнительные требования устанавливаются специальными нормами, распространяющимися на здания различных функциональных типов (общественные, производственные, жилые и т. п.), а также федеральными нормами (МГСН).

Элементы зданий, в зависимости от степени огнестойкости, нормируются по пределам огнестойкости согласно [1]. В таблице обозначения пределов огнестойкости установлены в соответствии с ГОСТ [3] и характеризуют следующие предельные состояния по огнестойкости для строительных конструкций: потерю несущей способности в результате обрушения или достижения предельных деформаций (R); потерю целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е); потерю теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции более чем на 140 ⁰С (1).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ [3, 4],

Согласно этим стандартам несущие Строительные конструкции должны испытываться под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания должны соответствовать расчетным схемам, принятым в технической документации. Испытательную нагрузку устанавливают из условия создания в расчетных сечениях образцов конструкций напряжений, соответствующих их проектным значениям или технической документации. При определении проектных значений напряжений следует учитывать только постоянные и временные длительные нагрузки R их расчетных значениях с коэффициентом надежности, равным 1. Образцы для испытаний должны иметь проектные размеры. Допускается принимать образцы уменьшенного размера в соответствии с указаниями [2]. Температурный режим устанавливают согласно ГОСТ [3]. Температуру в печи определяют по зависимости:

где t_в,τ - температура нагревающей среды, ⁰C - время, мин; t_н - начальная температура нагревающей среды, ⁰C.

Сущность испытательного метода заключается в определении времени, по истечении которого наступит одно или несколько из вышеуказанных предельных состояний. Это время будет являться фактическим пределом огнестойкости исследуемой конструкции.

Серийно выпускаемые железобетонные строительные конструкции, как правило, обладают фиксированным пределом огнестойкости, что дает возможность применять их в зданиях определенной степени огнестойкости и функционального назначения. Однако рост темпов строительства и изменение норм пожарной безопасности в ряде случаев делают невозможным использование таких конструкций из-за несоответствия их требованиям пожарной безопасности. В этом случае необходимо повысить огнестойкость конструкции до требуемого предела огнестойкости.

Одним из наиболее прогрессивных способов повышения огнестойкости железобетонных конструкций является устройство огнезащиты методом установки (нанесения) огнезащитных облицовок на обогреваемую поверхность

конструкции.

Существующая методика оценки конструкции или элементов на огнестойкость с помощью натурных испытаний позволяет определять истинную огнестойкость элемента, которая равна либо превышает требуемое время сохранения несущей или теплоизолирующей способности. Но при всех своих положительных качествах испытание на огнестойкость имеет и отрицательные характеристики:

- размер опытных образцов ограничен габаритами печей;

- при испытании на огнестойкость получают данные о поведении только этого опытного образца. Очень трудно, а иногда и невозможно использовать эти результаты в других случаях;

- испытания имеют высокую стоимость и трудоёмкость затрат.

Все эти недостатки частично или полностью устраняются при использовании расчетных методов определения огнестойкости строительных конструкций. С помощью расчета можно также разрабатывать проектную документацию на здание и строительные элементы.

Расчетный метод предназначен для оценки огнестойкости конструктивных элементов зданий по признакам потери несущей и теплоизолирующей способности. Согласно [3] данные по пределам огнестойкости конструкций, полученные при испытаниях, могут быть использованы в расчетах на огнестойкость. Использование расчетного метода определения огнестойкости железобетонных конструкций с огнезащитой показало удовлетворительное согласие вычислений с экспериментом. Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что железобетонные конструкции могут разрушаться не только вследствие прогрева сечений до критических температур и снижения прочности и устойчивости. Очень часто на практике имеет место взрывообразное разрушение бетона, которое приводит к преждевременному наступлению предела огнестойкости конструкции.

В некоторых случаях бетон может иметь повышенную влажность. При пожаре в бетонных и железобетонных конструкциях с повышенной влажностью возможно взрывообразное («хрупкое») разрушение бетона. Практика показывает, что взрывообразное разрушение конструкции начинается, как правило, через 5-15 мин после начала огневого воздействия и проявляется: как отколы со стороны обогреваемой поверхности конструкций кусков бетона площадью от 1 см до 1 м и толщиной от 1 мм до 5 см. Отколы, происходят на глубину 5-10 см от нагреваемой поверхности бетона. Разрушение продолжается в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкций. Вероятность взрывообразного разрушения возрастает с увеличением влажности. Подробное описание данного явления приведено в работах [4, 5].

Взрывообразное разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций или здания (сооружения) в целом. Особое внимание следует обратить на возможность взрывообразного разрушения бетона несущих колонн и панелей нижних этажей зданий и сооружений.

Таким образом, огнезащита несущих железобетонных конструкций является одним из основных мероприятий, направленных на обеспечение пожарной безопасности и огнестойкости зданий и сооружений.

Литература:

1. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.

2. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

З. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.

4. Милованов А. Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций при пожаре. - М.: Стройиздат, 1998. - 152 с.

5. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. - М.:

Стройиздат, 1988. - 142 с.

6. Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре. -М.: Стройиздат, 1979. - 21 с.