Образцы ограждающих конструкций подвергаются односторйн? нему воздействию огня:

наружные стены - со стороны помещения;

внутренние стены и перегородки с несимметричным сечением - отдельно с каждой стороны (допускается одностороннее огневое воздействие со стороны с большим распространением огня);

плиты покрытий, перекрытий и подвесных потолков, лестничные площадки и марши - снизу; образцы ступеней для испытаний должны быть собраны в марши. . !

Стержневые элементы конструкций должны подвергаться ВОЗ: действию огня с трех или четырех сторон в зависимости от условий эксплуатации.

В контрольной зоне и зоне нагрева образца устанавливаются термопары. Размер контрольной зоны должен быть не менее 1 м. Установка образцов на огневых печах и размещение термопар осуществляются в соответствии со схемами, приведенными на рис. 1.3. Зазор между нагреваемой поверхностью образца и стенкой печи должен быть 5±0,5 см.

Рис. 1.3. Схемы экспериментальных установок по испытанию строительных конструкций на распространение огня:

а - вертикальных ограждающих конструкций; б - горизонтальных ограждающих конструкций; в - вертикальных стержневых конструкций; г - горизонтальных стержневых конструкций; 1 - огневая печь; 2 - образец; 3 - проем огневой печи; 4 - уплотнение из /минеральной ваты; 5 - термопары; 6 - граница контрольной зоны

Испытания должны проводиться при начальной температуре 20±10°С и при скорости движения воздуха не более 0,5 м/с, если условия эксплуатации конструкций не требуют других условий испытаний. Температура воздуха в помещении, печи и испытываемого образца должна быть стабилизирована за 2 ч до начала испытаний. Влажность материалов образца должна быть динамически уравно-

вешенной с влажностью окружающей среды при относительной влажности 60± 15% и температуре 20± ЮТ.

Испытания проводятся при длительности огневого воздействия 15 мин±5 с. По истечении указанного времени пламя в печи выключается, и не более чем через 3 мин образец должен быть снят с печи или в зазор между образцом и огневой камерой должен быть введен теплоизолирующий экран. Обследование состояния образца и измерение его повреждений в контрольной зоне проводится после его остывания.

За предел распространения огня принимается размер поврежденной зоны образца в плоскости конструкции от границы зоны нагрева перпендикулярно к ней до наиболее удаленной точки повреждения (для вертикальных конструкций - вверх, для горизонтальных - в каждую сторону). Результаты измерения округляются до 1 см в большую сторону. Повреждением считается обугливание или выгорание материалов, обнаруживаемые визуально.

Предел распространения огня определяется как среднее арифметическое результатов испытаний двух образцов. Разброс результатов испытаний по двум образцам не должен превышать 15%. При испытании одного образца результат должен быть умножен на коэффициент 1,2.

В заключение необходимо отметить, что изложенный метод испытания строительных конструкций на распространение огня не позволяет в полной мере оценить объективную обстановку на пожаре, Так как не соответствует реальным условиям.

Глава 2

НОРМИРОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

.1. Тенденции в области строительства с применением железобетонных и каменных конструкций

Железобетонные конструкции, и особенно сборные железобетонные конструкции, нашли широкое применение в строительстве. В результате успешного выполнения постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 г. «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» за короткое время была создана мощная промышленность по производству сборного железобетона.

Выпуск сборных железобетонных конструкции возрос с 1,2 млн. to3 в 1950 г. до 120 (плюс 120 монолитных) млн. м3 в 1980 г.

Удельный вес полносборного строительства с применением железобетонных конструкций в 1980 г. достиг при строительстве жилых зданий 60%, промышленных объектов 40%, сельских объектов

46%.В 1981 г. уровень полносборного жилищного строительства составил 77,4%, в том числе крупнопанельного домостроения 71,6%.

По объему производства цемента и выпуску сборных железобетонных конструкций наша страна занимает первое место в мире, однако это не исключает необходимость рационально расходовать строительные материалы. Решения XXVI съезда КПСС, задачи, вытекающие из «Основных направлений экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года», (требуют принятия мер по коренному улучшению капитального строительства с тем, чтобы строить быстро, экономно и на высоком техническом уровне. Для успешного претворения в жизнь решений XXVI съезда КПСС Госстроем СССР принят ряд решений по улучшению качества строительных конструкций, выпуску изделий высокой заводской готовности, обеспечивающих максимальное сокращение трудовых затрат на строительных площадках за счет переноса трудоемких процессов на предприятия. В области производства железобетонных конструкций намечается снижение материалоемкости за счет применения эффективных арматурных сталей и облегченных штампованных закладных деталей, внедрения в практику проектирования и строительства эффективных железобенных конструкций из высокопрочных бетонов, в том числе плит покрытий, укрупненных «на пролет» (3X18 м и 3X24 м) полной заводской готовности, колонн прямоугольного сечения без стыков на 3-5 этажей для многоэтажных и кольцевого сечения для одноэтажных зданий.

Каменные конструкции, особенно из штучных изделий, применяются в строительстве в меньших масштабах, так как их применение усложняет процесс механизации и требует больших трудовых затрат на строительных площадках.

Фактический предел огнестойкости железобетонных и каменных конструкций зависит от многих факторов и изменяется, в зависимости от конструктивной схемы и применяемых в них материалов, в довольно широких пределах. Поэтому область применения таких конструкций практически не ограничена. Требуемая их огнестойкость регламентируется в зависимости от требуемой степени огнестойкости зданий главой СНиП II-2-80 и различными отраслевыми и специализированными нормативными документами.

2.2. Огнестойкость железобетонных конструкций

Изучение результатов опытов, а также состояния зданий после реальных пожаров показало, что огнестойкость железобетонных конструкций зависит от их конструктивной схемы, способа загруже-ния, интенсивности и продолжительности температурных воздействий, а также от теплофизических свойств бетона. Негорючесть и сравнительно небольшая температуропроводность бетона в принципе позволяют создать конструкцию с любым пределом огнестой-

кости, удовлетворяющим требованиям безопасности. Так, предел огнестойкости ненесущих стен и перегородок зависит от их толщины, вида бетона и его влажности: он увеличивается при уменьшении плотности бетона и увеличении сечения конструкции. Влажность также способствует некоторому увеличению предела огнестойкости. Однако ее содержание в бетоне с плотностью более 1200 кг/м3 свыше 3-3,5% может привести при интенсивном температурном воздействии к взрывообразному разрушению конструкции и уменьшению ее предела огнестойкости.

Причины наступления пределов огнестойкости железобетонных конструкций во многом определяются характером их работы в условиях пожара. Для конструкций, в которых предельное состояние обусловливается работой на растяжение, предел огнестойкости наступает в момент, когда предел текучести (прочности) арматуры от нагревания снижается до величины, равной напряжению от нормативной нагрузки. Для конструкций, предельное состояние которых обусловливается работой на сжатие, предел огнестойкости наступает в момент, когда работоспособное сечение бетона уменьшается до определенной (критической) величины. В результате снижения прочностных характеристик при прогреве материала конструкций их несущая способность становится равной внешней нагрузке. В ряде случаев эти факторы в условиях пожара оказывают одновременное влияние на уменьшение несущей способности конструкции.

Железобетонные конструкции могут выполнять ограждающие и несущие функции.

Железобетонными конструкциями, выполняющими чисто ограждающие функции, являются навесные стены, ненесущие стены и перегородки. Их допускается применять в зданиях всех степеней ог нестойкости, если они не распространяют горение и обладают пределом огнестойкости не менее 0,5 ч. К таким конструкциям, например, относятся стены из трехслойных сплошных панелей (ГОСТ 17078-71) толщиной более 15 см, состоящих из наружного й внутреннего бетонных армированных слоев толщиной не менее чем по 5 см и среднего из сгораемого утеплителя. Предел огнестойкости таких конструкций определяется по потере теплоизолирующей способности или потере плотности и зависит от конструктивного исполнения, толщины или наименьшего размера сечения.

Несущие конструкции могут выполнять одновременно и ограждающие функции. Такими конструкциями являются несущие и самонесущие стены в крупнопанельных зданиях, перекрытия и покрытия и ряд других. Как правило, элементы таких конструкций в условиях пожара работают на сжатие с изгибом.

Вопросы огнестойкости самонесущих и несущих железобетонных стен приобрели актуальность в связи с большим объемом строительства облегченных крупнопанельных зданий с применением ячеистых бетонов и легких бетонов на пористых заполнителях. Толщина стен в крупнопанельных зданиях высотой от 5 до 16 этажей,

как правило, не превышает 18.см, а напряжение в сечении несущих панелей может достигать 107 Па. Эксплуатационная нагрузка на несущие стены в 9-этажных зданиях находится в пределах от 45 до 75 т на погонный метр панели, в 16-этажных домах 70-120 т/м, а в 25-этажных зданиях достигла 150 т/м. Несмотря на то, что несущие стены выполняются из железобетона, их огнестойкость нельзя считать заведомо обеспеченной в условиях пожара, так как уменьшение толщины сечения элемента и увеличение нормативной, нагрузки существенно снижают сопротивляемость стен огню.

Несущая спосооность подобных конструкций в условиях пожара определяется не столько прочностными характеристиками бетона « стали, сколько деформацией элемента. Конструкция из центрально-сжатой превращается во внецентренно-сжатую с увеличивающимся во времени эксцентрицитетом. Значение и направление прогиба зависят от гибкости элемента, способа опирания его концов (шарнирного или платформенного), нагрузки, перепада температуры по сечению стены и упруго-пластических свойств материалов (рис. 2.1)

20 ЦО 60 80 100 120 ПО 150 180 Ж

Па* 10s

Рис. 2.1. Зависимость Огнестойкости железобетонных несущих стен

от нагрузки:

1 - стены толщиной 14,5.см, процент армирования 0,75; 2 - стены толщиной 12,5 см, процент армирования 0,09: t - направление обогрева

При платформенном опирании панелей ограничивается свобода поворота опорных сечений, что уменьшает их деформацию при температурном воздействии. Поэтому панели с платформенным опира-нием имеют предел огнестойкости больше, чем панели с шарнирным опиранием. Уменьшение процента армирования стен снижает предел огнестойкости панелей с шарнирным опиранием и практически не влияет на огнестойкость панелей с платформенным опиранием.

Огнестойкость самонесущих и несущих панелей нормируется в зависимости от конструктивного исполнения, толщины или наименьшего размера сечения и степени нагруженности. Защита узлов крепления панелей должна обеспечивать их прочность в течение времени, равного требуемому пределу огнестойкости конструкции.

Предел огнестойкости железобетонных перекрытий и покрытий зависит от конструктивного исполнения, степени нагруженности, теплофизических и прочностных свойств материалов, из которых выполнены конструктивные элементы. Как правило, эти конструкции являются сборными, поэтому их предел огнестойкости определяется по наименьшему пределу огнестойкости одного из конструктивных элементов. Исключением являются монолитные железобетонные перекрытия и покрытия, применяемые в строительстве крайне редко. Огнестойкость элементов железобетонных конструкций утрачивается, как правило, в результате потери несущей способности (обрушения) при снижении прочностных характеристик арматуры и бетона в условиях пожара.

Предел огнестойкости изгибаемых свободно опертых элементов железобетонных конструкций в большей степени зависит от прогрева растянутой рабочей арматуры до критической температуры, при которой прочностные характеристики материала снижаются до рабочих напряжений. На критическую температуру влияют марка и класс стали. Так, при коэффициенте снижения прочности mt,a=0,625 у стали класса А-Ш марки 25Г2С критическая температура составляет 570°С, а холоднотянутой высокопрочной проволоки Вр-П - всего 450°С.

На время прогрева рабочей арматуры до критической температуры влияет толщина защитного слоя бетона и условия нагрева конструкции на пожаре (рис. 2.2).

При одинаковой толщине защитного слоя более интенсивно прогревается рабочая арматура в элементах конструкций, имеющих большее отношение обогреваемого периметра к сечению конструкции, что уменьшает предел огнестойкости таких конструкций. Например, свободно опертая балка с наименьшим размером сечения Й,5 см (Обогрев с трех сторон) при толщине слоя бетона от нижней *йли боковой грани до центра тяжести продольной растянутой арма-?гуры класса А-Ш, равной 20 мм, имеет предел огнестойкости 0,6 ч, gt сплошная железобетонная плита (обогрев снизу) с аналогичными арматурой и толщиной защитного слоя - 1,3 ч. Это обстоятельство учитывается при нормировании огнестойкости ребристых железобетонных элементов наименьшим размером сечения*