К конструктивным решениям относятся следующие:

увеличение сечения конструкций;

снижение нагрузок на несущие конструкции;

увеличение толщины защитного слоя продольной растянутой арматуры для элементов конструкций, работающих на изгиб и растяжение;

изменение способа опирания конструкций; изменение условий обогрева.

Термопрочностные характеристики материалов иллюстрируются графиком, показанным на рис. 2.5. Из них, например, следует, что бетон на известняковом заполнителе имеет некоторые преимущества перед бетоном на гранитном заполнителе. Из арматурных сталей по термопрочностным характеристикам лучшей является горячекатаная низколегированная сталь периодического профиля - марки 25Г2С.

7,3 7,2 ,7 7,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

0,3 0,2 0,1 0

100 200 300 W 500 600 700 800 t°c

Рис. 2.5. Изменение прочности каменных материалов при действии высоких температур:

1 - известняк; 2 - гранит; 3 - цементно-песчаный раствор; 4 - силикатный кирпич; 5 - бетон с гранитным заполнителем; 6 - керамзитобетон; 7 - пенокерамзитобетон; 8 - бетон на известняковом заполнителе

При обеспечении требуемых пределов огнестойкости панельных конструкций следует обращать внимание на защиту узлов крепления и навески панелей, а также герметизацию стыков между пане лями. Защита узлов крепления, а также заделка зазоров в местах примыкания навесных и самонесущих стен к частям здания должна обеспечивать предел огнестойкости, равный требуемому пределу огнестойкости конструкций.

Глава 3

НОРМИРОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Виды металлических конструкций и их огнестойкость

К традиционным металлическим конструкциям относятся колонны, балки, фермы, арки, рамы и т. п. Наиболее перспективными являются легкие металлические конструкции. Применение их на 15-20% сокращает сроки строительства промышленных зданий, на 20-25% повышает производительность труда и в несколько раз уменьшает расходы на транспорт. Комплектное заводское изготовление и поставка легких металлических конструкций создают благоприятные условия для широкого распространения высокопроизводительного метода конвейерной сборки и блочного монтажа зданий.

Незащищенные металлические конструкции имеют невысокий предел огнестойкости, который определяется временем их нагрева др.критической температуры. Величина критической температуры зависит от вида металла и запаса прочности. Значения критической температуры при запасе прочности, равном 1,6, приведены в табл. 3.1.

Время нагрева конструкций до критической температуры зависит от приведенной толщины металла бПр, определяемой как отношение площади поперечного сечения к обогреваемой части периметра сечения:

8np = F/n. (3.1)

Например, у стальных конструкций без огнезащиты при 6Пр = 0,3 см предел огнестойкости равен 0,12 ч, а при 6пр = 3 см равен 0,45 ч [9]. Такие пределы огнестойкости во многих случаях недостаточны, в связи с чем требуется огнезащита металлических конструкций.

Широкое применение получили легкие металлические конструкции из труб типов «Модуль» (рис. 3.1) или «Кисловодск» и из горячекатаных профилей (одиночных уголков и двутавров).

Структурную плиту собирают из стержневых 1 и узловых 2 элементов. Стержневые элементы изготавливаются из горячекатаных труб диаметром 50-133 мм, в концы которых запрессованы вкладыши 5. Узловые элементы имеют отверстия (с резьбой) в направлении сходящихся стержней, что позволяет в одном узле соединить от 8 до 12 стержней.

Элементами крепления стержней являются высокопрочные болты 4 диаметром 22 мм, которые при вращении поводковой гайки 3 ввинчиваются в узловые элементы 2. Соединение получает необходимую прочность после того, как головка болта, находящегося внутри стержня, упрется во внутреннюю поверхность вкладыша 5, а поводковая гайка 3 будет плотно зажата между поверхностями узлового элемента и вкладыша. Опирают плиту на стальные колонны 6, установленные на фундаментах 7.

Покрытия здания из легких металлических конструкций бывают двух видов: по профилированному стальному настилу 8 и с применением асбестоцементных панелей . Утеплитель 9 под защитным слоем 10 может быть сгораемым, трудносгораемым и несгораемым.

Наружные стены обычно выполняются в двух вариантах: из металлических листов и панелей и из асбестоцементных панелей. Стена полистовой сборки состоит из металлических листов 12 внутренней обшивки с укрепленной на них с помощью клея или штырей теплоизоляцией 13 и соединенных с ригелями 16 каркаса крюками 14, а также наружных листов 17, которые соединены с ригелями самонарезающими винтами 15. Между собой в каждой обшивке листы соединены комбинированными заклепками. Асбестодеревян-ные панели состоят из деревянного каркаса 18, асбестоцементных обшивок 19, утеплителя 20 и пароизоляции.

Легкие металлические конструкции монтируются индустриальными методами, имеют ряд преимуществ, однако они представляют собой большую пожарную опасность.

Анализ пожаров в производственных зданиях с покрытиями из легких металлических конструкций показал, что покрытия выгорали на значительных площадях (десятки тысяч квадратных метров) за 20-25 мин. При этом пожары сопровождались обрушением покрытий. Особенно интенсивно развивался пожар на кровле при возникновении горения внутри здания. Вследствие малой толщины элементов структурные покрытия имеют предел огнестойкости 0,19 ч.

В процессе натурных огневых испытаний легких металлических конструкций, проведенных в гг. Очаково, Брежневе и Бухаре, выявилось, что опасным значением среднеобъемной температуры является температура около 280°С, при которой температура под профилированным стальным настилом достигает 380°С (рис. 3.2). При такой температуре наблюдается плавление и воспламенение полимерного утеплителя, его интенсивное горение, сопровождающееся быстрым ростом температуры и обрушением покрытия уже через 7 мин после загорания кровли. Наиболее подготовленными к воспламенению оказались участки кровли, примыкающие к стенам дания. Этим объясняется сравнительно быстрое распространение пламени по всему периметру покрытия (до 20 м/мин).

В зданиях из легких металлических конструкций необходимо Предусмотреть целый комплекс специфических противопожарных мероприятий.

К перспективным металлическим конструкциям относятся также висячие конструкции для большепролетных зданий и сооружений. В качестве примеров можно привести олимпийские сооружения в Москве: спорткомплекс «Олимпийский», велотрек в Крылатском, универсальный спортивный зал на 5000 мест в Измайлове и др. Работа основных элементов висячей системы только на осевое растяжение позволяет полнее использовать несущие свойства материалов, применять самые эффективные из них и обеспечивать максимальную массу конструкции.

В висячих конструкциях (рис. 3.3) обязательным конструктивным элементом является опорный контур 3 (железобетонный или стальной), воспринимающий распор от системы тросов 1 (стальной мембраны), которые образуют криволинейную поверхность для укладки плит покрытия 4. Вертикальные реакции покрытия передаются на стойки 2, поддерживающие опорный контур 3.

Поведение в условиях пожара вантовых (тросовых) покрытий пока не изучено. Можно ожидать, что нагрев тросов до критической температуры 300°С в условиях пожара произойдет быстро.

Испытания мембранных покрытий, проведенные ВНИИПО МВД СССР, показали, что стальная мембрана без огнезащиты способна длительно (более 1 ч) не обрушиваться в условиях пожара при ус-

I, С

500 1(00 300 2QG 100

Рис.

5 10 "с, мин

5.2. График изменения температуры газов в помещении:

среднеобъемной температуры; 2 - температуры под настилом

ловии надежной теплоизоляции опорного контура. Предел огнестойкости мембраны был определен по прогибу, равному 1/15 пролета. При таком прогибе предел огнестойкости составил 0,78 ч, а критическая температура - 825°С (рис. 3.4). Более высокое, чем у обыч-

Прогиб

Рис. 3.4. Прогиб стальной мембраны при ее нагревании под нагрузкой

ных конструкций, значение критической температуры у мембраны объясняется особой, пространственной работой этой конструкции. Однако прогиб в 1/15 пролета исключает дальнейшую эксплуатацию покрытия. Учитывая, что такие конструкции уникальны, как И само здание, в котором они применяются, и что замена такого Покрытия после пожара связана с огромными затратами средств, Целесообразно защищать их от действия высокой температуры при Пожаре.

Алюминиевая мембрана ведет себя в условиях пожара значительно хуже, чем стальная. Мембрана толщиной 1 мм из сплава АМг2П без огнезащиты разрушилась уже через 6 мин испытаний, При огнезащите вспучивающимся покрытием ВПМ-2 с расходом Покрытия 4 кг/м2 - через 32 мин, а при расходе 5,5 кг/м2 - через 47 мин. Очевидно, огнезащита алюминиевых мембран необходима.

8,2. Способы повышения огнестойкости металлических конструкций

Как отмечалось, незащищенные металлические конструкции при Стандартном режиме пожара имеют невысокие пределы огнестойкости, поэтому их целесообразно применять в тех случаях, когда в условиях пожара исключено нагревание до критической температуры. эта критическая температура для обычных стальных конструкций