Содержание
-
Огнестойкость строительных конструкций
Выполнил студент группы ХТТ – 08 – 1 Серебренников О.Г.
-
Общие положения
Ежегодно в РФ происходит свыше 200 тыс. пожаров, на которых уничтожается свыше 65 тыс. строений. Поэтому необходима соответствующая защита несущей системы здания от обрушения, которая обеспе- чиваетсяогне-стойкостью строительных конструкций.
-
При строительстве зданий и сооружений с учетом категории производства применяют строительные материалы и конструкции с определенными пожаротехническими характеристиками. В своде правил (2009 г.) Федерального закона №123 от 2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» приводится пожаротехническая классификация строительных материалов, конструкций, помещений и зданий по свойствам, способствующим возникновению пожарной опасности и свойствам сопративляемости воздействию пожара – огнестойкости.
-
На здания, сооружения и строения, запроектированные и построенные в соответствии с ранее действовавшими требованиями пожарной безопасности, положения ФЗ №123 не распространяются, за исключением случаев, в которых дальнейшая эксплуатация указанных зданий, сооружений и строений может привести к угрозе жизни или здоровью людей. В таких случаях должны приниматься меры по приведению обеспечения пожарной безопасности объекта в соответствие уже с требованиями настоящего ФЗ.
-
Огнестойкость строительной конструкции – это её способность сохранять свои несущие и ограждающие свойства в условиях воздействия пожара. Количественной характеристикой огнестойкости конструкции является предел огнестойкости (ПО) – время от начала огневого воздействия (мин) в условиях стандартных испытаний до возникновения одного или нескольких предельных состояний огнестойкости, наступление которых приводит в непригодность конструкцию. ПО определяется по ГОСТ 30247.1-94. Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. По огнеупорности материалы делятся на: Огнеупорные – выдерживают температуру более 1580 оС; Тугоплавкие – 1350-1580 оС; Легкоплавкие – меньше 1350 оС. Материалы, которые способны долгое время выдерживать воздействие температур до 1000 оС без потери или с незначительной потерей прочности , относят к жаростойким (жаростойкие бетон, кирпич и др.).
-
Предельные состояния огнестойкости
Различают следующие основные виды предельных состояний строительных конструкций по огнестойкости: Потеря несущей способности (R) Возникает вследствие обрушения конструкции или возникновение недопустимых деформаций. Потеря целостности (Е) Возникает в результате образованиях в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя. Потеря теплоизолирующей способности (I) Возникает вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений.
-
Потеря несущей способности (R)
На этой фотографии видно, как в условиях пожара несущая стальная балка потерпела деформацию.
-
Потеря несущей способности
График потери несущей способности конструкций из разных материалов. t – «время – температура»; 2- изгибаемые деревянные стержни 5*10 см; 3 – растягиваемые деревянные бруски 5*10 см; 4 и 5 – тоже самое, только доски 2,5*5; 6 – конструкции из стали; 7 – конструкция из алюминия.
-
Потеря несущей конструкции
Из графика потери несущей способности конструкций из разных материалов видно, что устойчивость конструкции зависит не только от материала, из которого выполнена конструкция, но и от площади поперечного сечения. Так при равных площадях поперечного сечения, наиболее устойчивой оказалась деревянная конструкция, менее устойчивой – алюминиевая. Однако однозначных выводов делать нельзя, так как устойчивость к обрушению можно увеличить путем оштукатуривания, покрытия специальными красками и лаками и др. (см. далее)
-
Потеря целостности (E)
В условиях пожара может произойти растрескивание кирпичных и бетонных конструкций, прогорание деревянных и расплавление металлических конструкций с образованием проходов для пламя и дыма.
-
Потеря теплоизолирующей способности (I)
Потеря теплоизолирующей способности зависит от таких факторов как, толщина конструкции, структура материала (например, пористость), теплопровожность, влажность, природа материала и многое другое.
-
Структура различных бетонов
1 – плотная структура; 2 – плотная с пористым заполнителем; 3 – ячеистая; 4 – зернистая; Rб – средняя прочность структуры; R1 и R2 – прочности составляющих структуру.
-
Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности при одновременномнагреве плит: 1 – на гранитном заполнителе; 2 – на известняковом заполнителе; 3- конструкционного керамзитобетона.
-
Потеря теплоизолирующей способности
Из графика видно, что большое влияние на сохранение теплоизолирующей способности в условиях пожара оказывает природа заполнителя бетона и, следовательно, его плотность. Так при длительности пожара, например в 210 мин, минимальная толщина бетонных плит необходимая для сохранения теплоизолирующей способности должна быть для: плит на гранитном заполнителе – 140 мм; плит на известняковом заполнителе – 130 мм; плит керамзитобетонных – всего лишь 100 мм.
-
Классификация строительных материалов
По горючести: Слабогорючие Г1 Умеренногорючие Г2 Нормальногорючие Г3 Сильногорючие Г4 Горючие Г Негорючие НГ (природные камни, бетоны, керамика и т.д.)
-
НГ материалы должны иметь следующие параметры горючести, определяемые экспериментальным путем: Прирост температуры – не более 50 оС; Потеря массы образца – не более 50 %; Продолжительность устойчивого пламени горения – не более 10 сек. Строительные материалы, неудовлетворяющие хотя бы одному критерию, относятся к горючим (табл. 1). Слабо- и умеренногорючимиматериалами являются некоторые органоминеральные материалы, которые при пожаре только тлеют и не дают открытого огня (фибролит; древесина, пропитанная антиперенами и др.). Нормально и сильногорючие– это органические вещества (ДВП, ДСП, пластмассы и другие). Горючесть определяют по ГОСТ 30244-94. Для негорючих материалов другие показатели не определяются и ненормируются.
-
Таблица 1 - Характеристика горючих строительных материалов:
-
По воспламеняемости горючие строительные материалы (в том числе напольные ковровые покрытия) в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока (кВт/м2) делятся на: В1 трудновоспламеняемые (более 35 кВт/м2); В2 умеренновоспламеняемые (20-35 кВт/м2); В3 легковоспламеняемые (до 20 кВт/м2). Определяют по ГОСТ 30402.
-
По скорости распространения пламени по поверхности горючие строительные материалы в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока (кВт/м2) делятся на: РП1 нераспространяющие (более 11 кВт/м2); РП2 слабораспространяющие (8-11 кВт/м2); РП3 умереннораспространяющие (5-8 кВт/м2); РП4 сильнораспространяющие (менее 5 кВт/м2). Группы строительных материалов по распространению пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и полов , в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444.
-
По дымообразующей способности горючие строительные материалы в зависимости от значения коэффициента дымообразования (м2/кг) делят на: Д1 с малой дымообразующей способностью (до 50 м2/кг); Д2 с умеренной дымообразующей способностью (50-500 м2/кг); Д3 с высокой дымообразующей способностью (более 500 м2/кг). Определяют по ГОСТ 12.1.044-89.
-
По токсичности продуктов горения горючие строительные материалы делят на (табл. 2): Т1 малоопасные; Т2 умеренноопасные; Т3 высокоопасные; Т4 чрезвычайноопасные. Определяют по 2.16.2 и 4.20 ГОСТ 12.1.044.
-
Таблица 2 – Классификация горючих строительных материалов по значению показателя токсичности продуктов горения.
-
Классификация строительных сооружений
По пожарной опасности строительные конструкции делят на четыре класса, которые устанавливают по ГОСТ 30403-94: К0 непожароопасные; К1 малопожарноопасные; К2 умереннопожароопасные; К3 пожароопасные.
-
Предел и степень огнестойкости сооружений
Здания, сооружения, строения и пожарные отсеки по степени огнестойкости подразделяются на пять степеней огнестойкости. Порядок определения степеней огнестойкости устанавливается статьей 87 ФЗ №123. (см. табл. 3). Строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний делят на конструкции со следующими пределами огнестойкости: Ненормируемый предел и пределы не менее 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360 минут.
-
Таблица 3 – соответствие степени и предела огнестойкости.
-
Предел и степень огнестойкости конструкций
Например: междуэтажное перекрытие первой степени огнестойкости должно иметь предел огнестойкости REI 60. Это значит, что в условиях пожара перекрытие в течение 60 минут не должно потерять: несущей способности (R); целостности (Е); теплоизолирующей способности (I).
-
Пределы огнестойкости противопожарных преградах
Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает при потере целостности (E), теплоизолирующей способности (I), достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S). Предел несущей способности (R) распространяется только на стены и перекрытия. (см. табл. 4).
-
Пределы огнестойкости противопожарных преград
Таблица 4 – пределы огнестойкости противопожарных преград.
-
Например: противопожарная преграда первого типа, выполненная в виде светопрозрачной перегородки с остеклением площадью выше 25% имеет шифр предела огнестойкости EIW 45. Это означает, что данная противопожарная преграда в условиях пожара в течение 45 не должна: потерять целостности (Е); потерять теплоизолирующей способности (I); достигнуть предельной величины плотности теплового потока (W).
-
Огнестойкость железобетонных конструкций
Понятие «взрывообразного» разрушения бетона при нагреве На схеме 1 изображен механизм взрывообразного разрушения бетона при нагреве. Это связано с повышенным влагосодержанием (более 3%) бетонов с плотной структурой (более 1250 кг/м2), которые обладают низкой паропроницаемостью. Такое разрушение сопровождается отколом с поверхности конструктивных элементов кусков бетона толщиной 1- 50 мм, площадью от 1 см2 до 1 м2. Осколки могут отлетать на 10-20 м. Механизм: В условиях пожара влага в бетоне начинает испаряться. Часть выходит наружу, часть конденсируется внутри, образуются две зоны: сухая (наружняя) и влагонасыщенная (внутренняя), которые разделены зоной испарения влаги. Выход испаряемой влаги не может пройти ни через влагонасыщенный ни через сухой слой бетона. Давление в зоне испарения начинает возрастать, и, достигнув определенных значений провоцирует резкий откол бетонного слоя, толщиной равного, примерно, толщине сухого слоя. После этого механизм повторяется.
-
Схема 1 – Механизм «взрывообразного» разрушения бетона.
-
Строительные конструкции из железобетона благодаря своей негорючести и сравнительно небольшой теплопроводности имеют огнестойкость выше, чем металлические и деревянные конструкции. Основная причина разрушений–нагревание арма- туры до критической температуры. Класс арматуры, процент армирования, величи- на защитного слоя у рабочей продольной арматуры – вот основ- ные факторы огне- стойкости.
-
Так, предел огнестойкости обычных балок с гибкой арматурой без защитного слоя у растянутой арматуры равен 20 мин. Наличие защитного слоя в 25 мм увеличивает огнестойкость до 70-75 мин. Заполнитель (известняковый, кварцевый, гранитный, керамзитовый и др.) тоже оказывает большое влияние на огне- стойкость. Что касает-ся армирования, то наиболее высокой огнестойкостью обла-дают конструкции, ар-мированные обычной стержневой горяче-катанной арматурой.
-
Огнезащита железобетонных конструкций
Повышение огнестойкости добиваются путем разумного увеличения толщины защитного слоя бетона. Также применяют огнезащитные покрытия: слой известково-цементной штука- товой штукатурки толщи-ной 5 мм или теплоизоля-ции из минерального волокна толщиной слоя 5 мм эквивалентны увели-чению толщины защитно- турки толщиной 15 мм, гипсовой штукатурки тол-щиной 10 мм, вермикули- го слоя тяжелого бетона на 10 мм.
-
Обкладка кирпичом Обтяжка теплоизоляционным негорящим полотном Покрытие негорящим раствором
-
Взрывообразное разрушение плит можно избежать использовани-емпротиооткольной сетки (армирование поверхностных слоев бетона).
-
Огнестойкость каменных конструкций
Каменные конструкции практически никогда не разрушаются при пожаре. Для них характерны поверхностные повреждения. Если каменные конструкции со стальным каркасом, то их огнестойкость определяется элементами стального каркаса. Обыкновенный красный кирпич (глиняный) выдерживает темпе- ратуру до 900-1100 оС; силикат- ный кирпич – не более 700-900 оС. Огнеупорный (шамотный) кирпич выдерживает температу-ру до 1770 оС и применяется для обкладки топочных камер пе-чей. Его получают обжигом огне-упорных глин с добавкой шамо-та – глины того же состава, но предварительно обожженной до спекания и затем измельченной. ШАМОТНЫЙ КИРПИЧ
-
Таблица 5 – Пределы огнестойкости каменных конструкций.
-
Огнестойкость металлических конструкций
Предел огнестойкости незащищенных стальных конструкций составляет 0,1-0,4 часа (6-25 мин), в среднем – 0,25 часа (15 мин); конструкций из алюминиевых сплавов – не более 0,1 часа. Низкая огнестойкость металлических конструкций объясняется их большой теплопроводностью. Несущие металлические конструкции утрачивают свою огнестойкость вследствие нагрева до критической температуры, при которой предел текучести металла снижается до величины напряжений от внешней нагрузки. Наиболее опасное место в металлической конструкции – сварные швы. Они разрушаются раньше чем основные элементы.
-
Огнезащита металлических конструкций
Все способы огнезащиты основаны на замедлении прогрева металла за счет создания препятствий поступающему тепловому потоку. Действие тяжелых огнезащитных материалов (кирпич, бетон) основывается на из значительной объемной удельной теплоемкости; легких (гипсокартон, минераловатные плиты) – на малой теплопроводности. Кроме того, огнезащитные материалы на минеральных вяжущих (гипсовых, портландцементных и др.) способствуют замедлению прогрева за счет поглощения тепла на испарение содержащейся в их составе воды.
-
Все многообразие применяемых способов огнезащиты металлических (а также других) конструкций можно разделить на две основные группы: Конструктивная огнезащита – обетонирование, оштукатуривание, обкладка кирпичом, установка подвесных потолков и др. Огнезащитная обработка – нанесение на поверхность огнезащитных составов (покрытий), осуществляемое путем окраски, обмазки, напыления и т.п.
-
Традиционные огнезащитные облицовки из кирпича, бетона и цементно-песчаной штукатурки – относятся к тяжелым и существенно увеличиват массу конструкции. Однако обетонирование и обкладка кирпичом являются наиболее надежными и долговечными способами; эти облицовки не боятся сырости и атмосферных воздействий, устойчивы к динамическим нагрузкам.
-
Слой тяжелого бетона (2500 кг/м3) или цементно-песчаной штукатурки (1800 кг/м3) толщиной 2,5 см обеспечивают предел огнестойкости 0,75 часа; 6 см – 2,5 часа. Облицовка колонн из кирпича (глиняного обыкновенного или силикатного) на цементно-песчаном растворе слоем в ¼ (65 мм) или ½ (120 мм) кирпича обеспечивает предел огнестойкости соответственно 2 и 2,5 часа.
-
Легкие огнезащитные облицовки из листовых или плитных материалов (гипсокартонных листов, полужестких минеральных плит (МВП), перлито-фосфогелевых плит и др.) укрепляются с помощью стальных анкеров и каркаса. Например минераловатная плита толщиной 5 см обеспечивает предел огнестойкости конструкции 2 часа, однако нуждается в дополнительной декоративной облицовке, а каждый слой гипсокартона толщиной 12-14 мм повышает предел огнестойкости на 18-25 мин.
-
Огнезащитные подвесные потолки, как правило, служат не только для повышения огнестойкости конструкций перекрытий и покрытий, но и для улучшения интерьера и акустических качеств помещений, размещения коммуникаций и осветительных прибо- ров. В зависимости от вида и толщины материала облицовки подвесного потолка, а также способа его крепления можно обеспечить предел огнестойкости конструкции от 30 мин до 2-х часов. Более огнестойкими являются многослойные подвесные потолки со скрытым каркасом и герметичными стыками. Герметичный стык обеспечивает воздушную подушку, которая плохо проводит тепло к конструкции (как в случае со вспучивающимися покрытиями).
-
Невспучивающиеся огнезащитные покрытия представляют собой облегченные штукатурки (200-600 кг/м3), в которых применяются легкие термостойкие заполнители (вермикулит, перлит, керамзит, базальтовые волокна), а в качестве связующе- го используется жидкое стекло, фосфатные вяжущие и др. Огнезащитные штукатурки наносят по сетке вручную или механизированным способом. Толщина покрытия от 15 до 50 мм способна обеспечить предел огнестойкости от 0,75 до 2,5 часов.
-
Вспучивающиеся (терморасширяющиеся) огнезащитные покрытия наносятся на поверхность слоем 2-4 мм, а при действии высокой температуры (начиная с 200 оС) увеличиваются в объеме в 10-40 раз с образованием пористого теплоизолирующего слоя толщиной до 50 мм. В зависимости от вида и расхода состава удается обеспечить предел огнестойкости конструкции от 30 мин до 2 часов.
-
К специальным способам можно отнести водяное охлаждение конструкции, реализуемое либо орошением их водой снаружи, либо циркуляцией воды во внутренних полостях. Последний вариант в обычных условиях может служить для создания искусственного климата в помещении. В таблице 6 представлена сравнительная характеристика пределов огнестойкости металлических конструкций в зависимости от огнезащитного материала.
-
Таблица 6 – Пределы огнестойкости металлических конструкций с огнезащитой.
-
Огнестойкость деревянных конструкций
Древесина при отсутствии огнезащиты полностью сгорает. Однако по огнестойкости деревянные конструкции, как это ни странно, могут конкурировать с некоторыми железобетонными или защищенными стальными. Термическая деструкция древесины При температуре 100-175 оС древесина выделяет влагу. При температуре свыше 150 оС начинается термическая деструкция; древесина желтеет. Свыше 210 оС начинается пиролиз древесины, выделяются газы, которые при действии открытого огня могут воспламеняться. Обугливание древесины начинается при 260-280 оС. При этих температурах пламенное горение летучих продуктов пиролиза древесины приобретает устойчивый характер. При температуре более 450 оС начинается беспламенное горение – тление угля (достигает 900 оС). Воспламеняемость и скорость обугливания определяется едиными факторами: температурой и продолжительностью нагрева; доступом кислорода; поверхностной активностью, влажностью и видом древесины (клеёная или цельная).
-
Схема 2 – Влияние температуры нагрева на свойства древесины.
-
Таблица 7 – Скорость обугливания древесины.
-
Огнезащита деревянных конструкций
Для деревянных конструкций важно не только обеспечить требуемую огнестойкость, но и снизить пожарную опасность, обусловленную воспламе-няемостью и горючестью. Перечислен- ные ранее способы защиты конструкций (конструктивная огне-защита, вспучиваю-щиеся покрытия, а также огнезащитные лаки и краски) успешно выполняют эту задачу, поскольку образуемый на поверхности деревянной конструкции защитный слой изолирует её от огня, замедляет прогрев до температуры воспламе-нения, препятствует распространению пламени после воспламенения.
-
Обработка специальным раствором, который при горении не позволяет образование открытого огня.
-
Оштукатуривание деревянного каркаса дома на теплоизолирующее полотно.
-
Для снижения пожарной опасности деревянных конструкций применяют также антипирены. Их огнезащитный эффект состоит в том, что обработанная ими древесина не создает открытого пламени и не распространяет его по своей поверхности.
-
При нагревании компоненты антипиренов разлагаются с образованием сильных кислот, в присутствии которых дегидратация древесины протекает с минимальным выделением горючих газов и с максимальным выходом угля. Остается лишь тление древесного угля. Кроме того, антипирены при разложении поглощают тепло, образуя защитную пленку, закрывающую доступ кислорода. Также могут выделять большое количество ингибиторных газов, оттесняющих кислород воздуха от поверхности древесины. Огнезащитная пропитка древесины растворами антипиренов бывает поверхностной и глубокой (под давлением). Глубокая пропитка эффективнее, но применяется редко по причине высокой трудоемкости и стоимости.
-
На этом рисунке видно, как горят аналогичные модели деревянного дома собранные из брусков, пропитанных антипиреном (слева) и непропитанных (справа).
-
Таблица 8 – Время до начала обугливания древесины.
-
Список использованных источников
Федеральный закон №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 2008 г. Шелегов В.Г., Кузнецов Н.А., Чернов Ю.Л. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебное пособие – Иркутск: ВСИ МВД России, 2006. – 206 с. Федоров В.С., Левитский В.Е., Молчадский И.С., Александров А.В. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций. – М.: АСВ, 2009. – 408 с. Федоров В.С. Основы обеспечения пожарной безопасности зданий: Учебное пособие. – М.: Издательство ассоциации строительных ВУЗов, 2008. – 176 с.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.