При размещении арматуры в глубине конструкции имеет значение толщина защитного слоя (по аналогии с железобетонными конструкциями) .

Испытания показали, что при толщине защитного слоя 35 мм разрушение армированной балки происходит через 0,35-0,5 ч в результате быстрого нагрева клея до температуры деструкции (90-ЮОХ). По-видимому, армирование деревянных конструкций с точки зрения поведения их в условиях пожара нецелесообразно.

Уязвимые элементы есть и в ограждающих конструкциях. В панелях (рис. 3.17) преждевременное разрушение может наступить, если обшивка соединяется с каркасом с помощью клея; шурупы гораздо надежнее. Не стойка к огню обшивка из стеклопластика: она сразу загорается, через несколько минут прогорает, и утеплитель вываливается из панели, после чего панель быстро сгорает. Обшивка из асбестоцемента при повышенной влажности может взрывооб-разно разрушаться уже через 4-5 мин пожара, что приводит к выпаданию утеплителя и быстрому разрушению панели. Для исключения выпадания утеплителя в описанных панелях рекомендуется фиксация его металлической сеткой (см. рис. 3.17).

Рис. 3.17. Панели:

утепленная; б - неутепленная; 1 - деревянный каркас; 2 обшивка; 3 - утеплитель; 4 - стальная сетка

Приемлемые результаты получены при испытании обшивки из сосновых досок, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами: обшивка загоралась лишь через 20 мин от начала пожара. Для исключения выпадания утеплителя в этих панелях также рекомендуется устанавливать металлическую сетку.

Обшивка из асбестоцементоперлитовых листов способна более 1 ч сопротивляться воздействию огня, если длина шурупов, с помощью которых обшивка крепится к каркасу, составляет не менее 70 мм. Опыты показали, что шурупы такой длины преждевременно не выдергиваются из-за переугливания каркаса.

В заключение приведем пример правильного подхода к огнезащите деревянных конструкций, рассмотрим упоминавшийся уже проект крытого катка 4000 мест в Архангельске.

Покрытие спортзала выполнено с применением трехшарнирных КЖсдсревянных арок (рис. 3.18) пролетом 63 м и шагом 6 м, имеющих сечение 0,31X1,4 м. От металлических затяжек, которые Сложно защитить от воздействия огня, отказались, и усилия распори передали на железобетонные трибуны, усиленные специальными ДИифрагмами.

65 м

Шмвнтний сриброшт

Минеральная бата

"Огнезащита

Гмбокая пропитка антипиренами

Рис. 3.18. Крытый каток в Архангельске:

а - разрез здания; б - сечение арки; в - панель покрытия

Каркас панелей кровли размерами 1,5X6 м деревянный, обшивка выполнена из трудносгораемого цементного фибролита толщиной 30 мм. Утеплитель в панелях несгораемый из минераловатных плит. Кровля несгораемая из тонколистового алюминия. Все деревянные Конструкции панелей пропитаны антипиренами, а арки обработаны Огнезащитным составом. Во всех панелях устроены глухие диафрагмы вдоль здания с шагом 6 м.

Глава 4

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

4.1. Факторы, учитываемые при расчете пределов огнестойкости строительных конструкций

Стандарт СЭВ 1000-78 (Противопожарные нормы строительного проектирования. Метод испытания строительных конструкций на огнестойкость) допускает вместо огневых испытаний использовать расчетные методы определения фактических пределов огнестойкости строительных конструкций. Разработанные на основе 1 обоощения результатов стандартных испытаний конструкций методы расчета применяются в тех случаях, когда отсутствуют экспериментальные или нормативные данные по фактическим пределам огнестойкости строительных конструкций.

В общем случае при расчете пределов огнестойкости конструкций решают две задачи: теплотехническую и статическую.

Теплотехническая задача решается с целью определения температур в сечении конструкции. Для решения используются уравнения нестационарной теплопроводности твердого тела с учетом изменения теплофизических характеристик строительных материалов

с ростом температуры. В результату решения.....этой дадани.„.для

ограждающих конструкций находится предел огнестойкости по пгш-знаку появления на необогреваемой поверхности температуры, поевышающёТТЖерТюначалъную ндТбПТГ

Статическая задача решается для несущих конструкций и имеет целью определение цдедела огнестойкости по признаку потери несушей способности по данным теплотехнического расчета. Зта задача решается с помощью уравнений предельного равновесия и деформаций с учетом изменения физико-механических характеристик строительных материалов при высоких температурах.

Схема расчета фактического предела огнестойкости Пф по признаку потери конструкцией несущей способности представлена на рис. 4.1. По оси абсцисс отложено время нагрева т, а по оси ординат нагрузка (для сжатых и растянутых элементов продольная сила N, для изгибаемых изгибающий момент М).

Для заданных периодов времени определяют температуру в сечениях конструкции, затем с учетом изменения прочностных характеристик материала определяют несущую способность конструкции NPit или Mp,t в зависимости от условий работы конструкции под нагрузкой.

Время, по истечении которого несущая способность конструкции снизится до значения действующей на нее рабочей нагрузки N„, М„, является расчетным пределом огнестойкости.

В отдельных случаях при повышенной влажности и низкой па-ропроницаемости материалов строительных конструкций (бетона, асбестоцемента) их огнестойкость утрачивается вследствие взрыво-образного разрушения материала за счет действия возникающего в его порах и капиллярах давления водяного пара. Из-за сложности этого явления до сего времени нет математической модели для расчета склонности конструкций к взрывообразному разрушению.

Температурное воздействие в условиях пожара вызызает снижение прочности, тепловое расширение и пластические деформации материалов конструкций. У конструкций, выполненных из сгораемых материалов, дополнительно происходит переугливание материала и сокращение за счет этого их поперечного сечения.

При всех прочих равных условиях интенсивность прогрева кон: струкций зависит от теплофизических характеристик строительных материалов. Их значения для различных видов бетона и арматурной стали приведены в табл. 4.1, а для облицовочных материалов в табл. 4.2. Анализ таблиц показывает, что коэффициенты теплопроводности Xt и теплоемкости ct материалов не являются постоянными величинами. У тяжелых бетонов (рс = 1900-2400 кг/м3) коэффициент теплопроводности уменьшается с ростом температуры, что вызывается уменьшением объемной массы при дегидратации цементного камня и изменением кристаллического строения бетона (у материалов кристаллического строения теплопроводность при нагревании уменьшается). Материалы с меньшей объемной массой имеют большую пористость, которая увеличивает долю передаваемого тепла в порах излучением при повышении температуры. Поэтому уже при объемной массе 1600-1500 кг/м3 коэффициент теплопроводности с повышением температуры начинает незначительно увеличиваться, а при объемной массе менее 1000 кг/м3 увеличение

Таблица 4.1

Теплопроводности материалов становится существенным. Изменение теплофизических характеристик материалов учитывается при рисчете температурных полей в сечении конструкций.

Огнезащитную способность материалов нельзя сравнивать по ёИичениям их начальных теплофизических характеристик, так как И ряде случаев такое сравнение может дать противоположный результат. У минеральной ваты, например, при 500°С коэффициент Теплопроводности увеличивается в 7 раз, а коэффициент температуропроводности в 5 раз. Поэтому огнезащитная облицовка из мине-рвлыюй ваты менее эффективна, чем бетонная, хотя последняя Имеет значительно более высокую начальную теплопроводность.

Для определения огнестойкости строительных конструкций расчетными методами необходимо располагать также конкретными дшшыми по изменению прочностных характеристик материалов. Следует учитывать, что несущие строительные конструкции в условиях пожара находятся под действием постоянной рабочей нагрузки, а материалы этих конструкций нагреваются в напряженном состоянии. Изменение прочностных характеристик материалов при Температурных воздействиях определяется экспериментально на образцах в нагруженном состоянии. Оно характеризуется коэффициентом снижения прочности гщ, представляющим собой отношение напряжения, при котором образец разрушается в нагретом до определенной температуры состоянии Rt, к начальной прочности Образца RH:

mt = Rt/RH. (4.1)

Для бетонов уравнение (4.1) представляется в следующем виде:

m..e = Rt.e/Rnp, (4.2)

№ Rnp - нормативное сопротивление (призменная прочность) бетона на сжатие, Па.

Графическая зависимость снижения прочности бетонов различных марок при высоких температурах представлена на рис. 4.2.

Нагревание арматурных сталей под нагрузкой на растяжение Вызывает при температуре образцов, не превышающей 300°С, линейные деформации, увеличивающиеся с постоянной скоростью И основном за счет температурного расширения. Затем начинает Проявляться температурная ползучесть стали и скорость роста деформаций образцов плавно возрастает. Резкое увеличение ползучести наблюдается при деформациях образцов, равных 2,5-3,0%. Все изгибаемые железобетонные конструкции при достижении подобных деформаций разрушаются, что свидетельствует о достижении предела прочности нагретой стали RTa:

mt,a = RtJRl, (4.3)

ГДР R" - нормативное сопротивление стали, Па; mta - коэффициент снижения прочности стали.