Классификация строительных конструкций по огнестойкости

Строительные конструкции зданий и сооружений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости [3, ст.35, ч.1]:

1) ненормируемый; 2) не менее 15 минут; 3) не менее 30 минут; 4) не менее 45 минут;

5) не менее 60 мин.; 6) не менее 90 минут; 7) не менее 120 минут; 8) не менее 150 минут;

9) не менее 180 минут; 10) не менее 240 минут; 11) не менее 360 минут.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний [3, ст.35, ч.2].

Пределы огнестойкости строительных конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания, могут определяться расчетно-аналитическим методом, установленным нормативными документами по пожарной безопасности [3, ст.87, ч.10].

Методы определения пределов огнестойкости строительных конструкций и признаков предельных состояний устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности [3, ст.35, ч.4].

Фактический предел огнестойкости строительных конструкций во многих странах определяют экспериментальным путем посредством проведения натурных огневых испытаний строительных конструкций. Метод натурных огневых испытаний регламентирован международным стандартом ISO/DIS 834 "Испытание на огнестойкость элементов строительных конструкций". В России с 01.01.96 г. пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247, ГОСТ 51136, ГОСТ Р 53307 и ГОСТ Р 53308 по времени наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний.

В ГОСТ 30247.0-94 приведены общие положения, в том числе определения терминов, используемых при установлении огнестойкости конструкций, формулировка сущности методов испытания на огнестойкость, общие требования к испытательному оборудованию, температурному режиму, образцам и процедуре проведения испытаний.

В этом же стандарте перечислены основные виды предельных состояний конструкций по огнестойкости, основные положения по оценке результатов испытаний, требования к протоколу испытаний. Стандарт устанавливает для одной и той же конструкции различные пределы огнестойкости по парным признакам наступления предельного состояния. Так, испытания стены на огнестойкость могут быть продолжены до полного ее разрушения, а в процессе испытаний будут установлены пределы ее огнестойкости по признаку потери теплоизолирующей способности и по признаку потери целостности в зависимости от того, где установлена несущая стена. Требования по ее теплоизолирующей способности могут быть следующими:

для межквартирной стены – 30 мин., межсекционной – 45 мин., внутриквартирной – 15 минут. Но по несущей способности она должна выдерживать, например:

- все 120 минут в зданиях I-ой степени огнестойкости;

- 90 минут в зданиях II -ой степени огнестойкости;

- 45 минут в зданиях III-ой степени огнестойкости;

- 15 минут в зданиях IV-ой степени огнестойкости.

В ходе проектирования данные особенности должны учитываться и это, в конечном итоге, должно выразиться в выборе наиболее приемлемых строительных материалов, входящих в состав строительной конструкции, и главным образом, в экономии финансовых средств.

В соответствии со статьей 35, ч.2 и ч.5 Технического регламента о требованиях пожарной безопасности строительные конструкции по предельному состоянию на огнестойкость подразделяются на следующие виды и имеют буквенные обозначения:

1) потеря несущей способности (R);

2) потеря целостности (Е);

3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

1. Потеря несущей способности(R) в виде обрушения конструкции либо возникновения предельной деформации (в зависимости от типа конструкции).

Числовые значения величин предельных деформаций для различных типов конструкций приведены в приложении "А" ГОСТ 30247.1-94. Для изгибаемых конструкций оно составляет величину L/20, либо если скорость нарастания деформаций составит L²/(9000 h) см/мин (где L – длина конструкции, см; h – расчетная высота поперечного сечения (толщина) конструкции, см.

Для вертикальных конструкций предельным состоянием по огнестойкости следует считать условие, когда вертикальная деформация достигает L/100 или скорость нарастания деформаций достигает 10 мм/мин - для образцов высотой 3 0,5 м.

По первому предельному состоянию конструкций по огнестойкости оценивают конструкции несущих стен, покрытий, перекрытий (балок, ферм, колонн, арок, рам) и узлов, их соединяющих.

Предел огнестойкости узлов крепления и сочленения строительных конструкций должен быть не ниже требуемого предела огнестойкости самих конструкций.

2. Потеря целостности (Е) или дефектность структуры ограждающей конструкции в результате образования сквозных трещин, отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя. Оценивается по их количеству и размерам (длиной, шириной и глубиной), измеряемым с помощью специальных калиброванных щупов и игл, оптических луп или микроскопов, ультразвукового диагностирования; путем простукивания конструкции, обратив внимание на
звук: неплотный бетон издает глухой звук, при наличии отслоений -
дребезжащий, при плотном бетоне звук звонкий.

3. Потеря теплоизолирующей способности (I), т. е. прогрев конструкций до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение горючих материалов, находящихся в смежных помещениях.

Установлено, что сквозной прогрев конструкции до температуры порядка 220 ⁰С уже может представлять опасность самовоспламенения различных твердых и жидких веществ. Поэтому потеря теплоизолирующей способности строительной конструкции при пожаре наступает при превышении температуры на не обогреваемой поверхности по сравнению с начальной:

– приращение температуры более чем на 140⁰C (по измерениям пятью термопарами);

– в любой точке этой поверхности приращение температуры более чем на 180 ⁰C;

– или абсолютная температура равна 220⁰C в любой точке поверхности, независимо от первоначальной температуры конструкции до испытания.

Таким образом, первое предельное состояние конструкции по огнестойкости (R) характеризует потерю конструкцией несущей способности, второе(Е) и третье (I) – ограждающей.

Образцы несущих и самонесущих конструкций должны испытываться под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания образцов должны соответствовать принятым в технической документации. Величину испытательной нагрузки устанавливают из условия создания в поперечных сечениях образцов конструкции таких напряжений, которые предусмотрены в конструкции по проекту или технической документации. При определении величины проектных напряжений учитывают только постоянные и временные длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэфициентом надежности равным 1.

Образцы наружных стен испытывают при воздействии тепла со стороны, обращенной при эксплуатации к помещению; балки – с трех сторон, а колонны, столбы и фермы – с четырех или с трех сторон - с учетом реальных условий использования.

Образцы конструкций однослойных и симметричных многослойных внутренних стен испытывают с одной стороны, моногослойных несимметричных – с каждой стороны, кроме тех случаев, когда неблагоприятная сторона может быть заранее установлена или известно направление огневого воздействия.

В процессе испытания регистрируют следующие параметры:

а) время наступления предельных состояний конструкции по огнестойкости и их вид;

б) температуру в печи, на не обогреваемой поверхности ограждающей конструкции, а также в других предварительно определенных местах.

Термопары для измерения температуры среды в огневой камере печи должны быть установлены не менее чем в пяти местах. Конец термопар следует устанавливать на расстоянии 100 мм от образца – конструкции.

Среднюю температуру не обогреваемой поверхности образцов ограждающих конструкций (стеновых панелей, плит перекрытий, перегородок и др.) определяют как среднее арифметическое показаний не менее чем пяти термопар.

Для определения температуры в любой точке поверхности образца следует устанавливать термопары (или использовать переносную термопару) в таких местах не обогреваемой поверхности ограждающих конструкций, в которых ожидается появление максимальной температуры (например, в зоне ребер, стыков, металлических закладных деталей). При определении средней температуры не обогреваемой поверхности образца эти точки в расчет не принимают.

в) величину избыточного давления в печи (при испытании ограждающей конструкции на газодымонепроницаемость). Оно должно составлять 10 ( 2) Па;

г) величину деформации (при испытании несущей конструкции);

д) время появления пламени на не обогреваемой поверхности образца (ограждающей конструкции) определяют с помощью ватных тампонов;

е) время появления и характер трещин, отверстий, отслоений, а также другиет явления (например, нарушение условий опирания, появление дыма).

Приведенный перечень измеряемых параметров и регестрируемых явлений может дополняться и изменяться в соответствии с требованиями методов испытаний конкретных видов конструкций.

Испытания должны продолжаться до наступления одного или, по возможности, последовательно всех предельных состояний конструкций по огнестойкости, нормируемых для испытываемой конструкции. Результаты, полученные при испытании, могут быть использованы для оценки пределов огнестойкости расчетными методами других аналогичных (по форме, материалам, конструктивному исполнению) конструкций. В свою очередь, стандарт допускает определять пределы огнестойкости строительных конструкций расчетным методом, при этом испытания можно не проводить. Расчетный метод не распространяется на конструкции, огнестойкость которых может характеризоваться потерей плотности.

Если для конструкции нормируют (или устанавливают) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, обозначение предела огнестойкости состоит из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой, например:

R120/ЕI 60 – предел огнестойкости 120 мин – по потере несущей способности; предел огнестойкости 60 мин – по потере целостности или теплоизолирующей способности, независимо от того, какое из этих двух предельных состояний наступит ранее.

При различных значениях пределов огнестойкости, регламентируемых разными предельными состояниями, обозначение числовых значений времени перечисляется по убыванию.

Цифровой показатель в обозначении предела огнестойкости должен соответствовать одному из чисел следующего ряда: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360, т.е. должны быть кратными 15, а при получении экспериментальных или расчетных промежуточных показателей необходимо принимать меньшее числовое значение из этого ряда.

Пределы огнестойкости запроектированных или реально существующих конструкций принято называть фактическими, а определяемые условиями безопасности или нормами,- требуемыми и обозначать, соответственно, П_ф и П_тр. Фактические и требуемые пределы огнестойкости конструкций нормируются и учитываются пи проектировании зданий и сооружений. Требования безопасности считаются выполненными при выполнении условия: П_ф ≥ П_тр