Приложение А (обязательное). Определение предельного состояния конструкций по потере несущей способности в зависимости от деформаций

Межгосударственный стандарт ГОСТ 30247.1-94
"Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции"
(введен в действие постановлением Минстроя РФ от 23 марта 1995 г. N 18-26)

Elements of building constructions fire-resistance test methods. Loadbearing and separating constructions

Взамен СТ СЭВ 1000-78, СТ СЭВ 5062-85

1 Область применения

1.2. Стандарт применяют для:

Несущих, самонесущих и навесных стен и перегородок без проемов;

Покрытий и перекрытий без проемов с подвесными потолками (при применении их для повышения предела огнестойкости конструкции) или без них;

Колонн и столбов;

Балок, ригелей, элементов арок, ферм и рам, а также других несущих и ограждающих конструкций.

При установлении пределов огнестойкости конструкций в целях определения возможности их применения в соответствии с противопожарными требованиями нормативных документов (в том числе при сертификации) следует применять методы, установленные настоящим стандартом.

ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования

СТ СЭВ 383-87 Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины.

Несущие конструкции (элементы) - конструкции, воспринимающие постоянную и временную нагрузку, в том числе нагрузку от других частей зданий.

Огнестойкость конструкции - по СТ СЭВ 383.

Самонесущие конструкции - конструкции, воспринимающие нагрузку только от собственного веса.

Ограждающие конструкции - конструкции, выполняющие функции ограждения или разделения объемов (помещений) здания. Ограждающие конструкции могут совмещать функции несущих (в том числе самонесущих) и ограждающих конструкций.

4 Стендовое оборудование

4.2 При испытании ограждающих конструкций регулирующее устройство системы дымовых каналов должно обеспечивать избыточное давление в огневом пространстве печи. При испытании вертикальных ограждающих конструкций избыточное давление должно поддерживаться на высоте не менее чем верхние 2/3 проема печи.

Через 5 мин после начала испытания избыточное давление должно составлять Па:

При испытании горизонтальных элементов - на расстоянии 100 мм от обогреваемой поверхности образца;

При испытании вертикальных элементов - на высоте, равной 3/4 вертикального размера проема печи, считая от низа.

5 Температурный режим

По ГОСТ 30247.0.

6 Образцы для испытаний конструкций

Образцы для испытаний конструкций должны соответствовать ГОСТ 30247.0 и иметь проектные размеры.

Если образцы таких размеров испытать не представляется возможным, то минимальные размеры образцов и проемов печей принимают такими, чтобы обеспечить минимальные размеры зоны огневого воздействия на образец в соответствии с приведенными в таблице 1.

Таблица 1

Наименование конструкции	Минимальные размеры зоны огневого воздействия на образец
	Ширина	Длина	Высота
Стены и перегородки двум сторонам Покрытия и перекрытия, опирающиеся по четырем сторонам Балки и другие горизонтальные стержневые конструкции Колонны, столбы и другие вертикальные стержневые конструкции	3,0	-	3,0

7 Проведение испытаний

7.2.1 Образцы несущих и самонесущих конструкций должны испытываться под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания образцов должны соответствовать расчетным схемам, принятым в технической документации.

7.2.2 Испытательную нагрузку устанавливают из условия создания в расчетных сечениях образцов конструкций напряжений, соответствующих их проектным значениям или технической документации.

7.2.3 При определении проектных значений напряжений следует учитывать только постоянные и временные длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности, равным 1.

7.2.4 При приложении нагрузки необходимо обеспечить условие, чтобы при деформации образца грузы не смещались и не влияли на величину предела огнестойкости вследствие изменения условий теплообмена с окружающей средой.

Нагрузку устанавливают не менее чем за 30 мин до начала испытания и поддерживают (с точностью ) постоянной в течение всего времени испытания.

7.3 Расстановка термопар

7.3.1 Среднюю температуру на необогреваемой поверхности образцов ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий и др.) определяют как среднее арифметическое показаний не менее чем пяти термопар. При этом одну термопару располагают в центре, а остальные - в середине прямых, соединяющих центр и углы проема печи.

7.3.2 В случае испытания образцов конструкций, состоящих из отдельных элементов, необходимо, чтобы их стыковые соединения не совпадали с местами установки термопар, предназначенных для измерения средней температуры необогреваемой поверхности.

7.3.3 Для определения температуры в любой точке поверхности образца следует устанавливать термопары (или использовать переносную термопару) в таких местах не обогреваемой поверхности образцов ограждающих конструкций, в которых ожидается появление максимальной температуры (например, в зоне ребер, стыков, металлических закладных деталей и т.п.).

При определении средней температуры необогреваемой поверхности эти точки в расчет не принимают.

Места расположения термопар для измерения температуры на необогреваемой поверхности образца ограждающей конструкции в любом случае должны располагаться не ближе 100 мм от края проема печи.

7.3.4 При испытании колонн, столбов, балок, элементов ферм и других стержневых конструкций термопары для измерения температуры материалов конструкции, при необходимости выполнения таких измерений, устанавливают в плоскостях, перпендикулярных продольной оси образца, расположенных не реже чем через 1 м друг от друга и не ближе 200 мм от внутренней поверхности печи. Одна из этих плоскостей должна быть расположена в центре длины образца.

7.4 Образцы наружных стен испытывают при воздействии тепла со стороны, обращенной при эксплуатации к помещению; покрытия и перекрытия - снизу; балки - с трех сторон; колонны, столбы и фермы - с четырех или с трех сторон с учетом реальных условий использования и наихудшего ожидаемого результата испытания.

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

8 Предельные состояния

8.1 При испытании несущих и ограждающих конструкций различают следующие предельные состояния.

8.1.1 Потеря несущей способности R вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций, значения которых приведены в приложении А .

8.1.2 Потеря теплоизолирующей способности I вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С или любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания.

8.1.3 Потеря целостности Е в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя. В процессе испытания потерю целостности определяют при помощи тампона по ГОСТ 30247.0 , который помещают в металлическую рамку с держателем и подносят к местам, где ожидается проникновение пламени или продуктов горения, и в течение 10 с держат на расстоянии 20-25 мм от поверхности образца.

Время от начала испытания до воспламенения или возникновения тления со свечением тампона является пределом огнестойкости конструкции по признаку потери целостности.

Обугливание тампона, происходящее без воспламенения или без тления со свечением, не учитывают.

8.2 Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций используют следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов R;

Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности R и целостности Е, для наружных ненесущих стен - Е;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности I и целостности Е;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности R, Е, I соответственно.

9 Оценка результатов испытания

Сталь является негорючим материалом, но, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур, возникающих внутри здания при пожаре. При температуре до 250 °С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, затем этот предел постепенно снижается, и при 400 °С прочность стали вновь принимает свое первоначальное значение. Критическая температура, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500 °С.

Нагрев металлических сооружений в условиях пожара зависит от множества факторов, среди которых основными являются интенсивность огня и способы теплозащиты металлоконструкций.

Конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под воздействием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокируя тепловой поток от огня к поверхности конструкций, предохраняет ее от быстрого прогревания и позволяет сохранить несущую способность в течение заданного времени.

Металлы отличаются высокой теплопроводностью, поэтому их огнезащита заключается в создании на поверхности металлических элементов конструкций теплоизолирующих экранов, выдерживающих воздействие огня или высоких температур.

Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности.

Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций:

Облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ);

Нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.);

Комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты.

Предельное состояние по огнестойкости строительных конструкций характеризуется:

Потерей несущей способности в результате обрушения или достижения предельных деформаций (R);

Потерей целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

Потерей теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции более чем на 140 °С (I).

Согласно п. 8.2 ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость", в зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и сооружений для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций, применяются следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов (R);

Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, E);

Для наружных ненесущих стен - только потеря целостности (Е);

Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности (Е, I);

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности (R, Е, I).

Фактический предел огнестойкости стальных конструкций (см. табл. 1) при так называемом стандартном пожаре в зависимости от толщины элементов и величины действующих напряжений равен 6-15 минутам. Значение требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляет от 15 минут до 4 часов в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкций. Однако большинство незащищенных стальных конструкций может удовлетворять минимальным требованиям по пределу огнестойкости лишь до 15 минут. Это позволяет сделать вывод о том, что область применения металлических конструкций ограничена по огнестойкости, так как не обеспечивается выполнение следующего условия безопасности:

где Пф - фактический предел огнестойкости конструкций;

Птр - требуемый (нормативный) предел огнестойкости.

Это условие безопасности является основным критерием обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, то есть если значение показателя Пф больше или равно значению Птр, то огнезащита не требуется, а при Пф меньше Птр огнезащита обязательна.

Необходимые пределы огнестойкости строительных конструкций определяются исходя из требуемой степени огнестойкости зданий (сооружений) по таблице 4* СНиП 21-01-97".

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций можно установить двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетным методом (RI).

В соответствии с методикой расчета, изложенной в"Пособии по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов" (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР, Москва, 1985 г.), следует считать, что металлические конструкции не распространяют огонь (предел распространения огня здесь нужно приравнивать к нулю).

Предел огнестойкости несущих металлоконструкций зависит от приведенной толщины металла (6пр, мм) и собственного предела огнестойкости. Приведенная толщина металла вычисляется по формуле:

где F - площадь сечения (мм2), значение которой для проката фасонной стали берется по сортаменту (ГОСТу), а для составных (сварных) сечений определяется из расчета суммы площадей составляющих элементов конструкций;

Р - периметр обогреваемой поверхности конструкции (мм).

Обогреваемый периметр металлоконструкций определяется без учета поверхностей, примыкающих к плитам, настилам перекрытий и стенам при условии, что предел огнестойкости этих конструкций не ниже предела огнестойкости обогреваемой конструкции.

Для ферм и других статически определимых конструкций, состоящих из элементов различного сечения, приведенная толщина металла определяется по наименьшему значению для всех нагруженных элементов. При установлении предела огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой по IV предельному состоянию (для конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями и испытываемых без нагрузок, предельным состоянием будет достижение критической температуры материала конструкции) в качестве критической температуры следует принимать параметр 500 °С (Пособие по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов, п. 2.34).

Продлить время сохранения свойств металлов в условиях пожара (когда это необходимо и экономически оправдано) можно, используя следующие способы:

Выбор изделий из металлов, более стойких к воздействию пожара. Здесь преимущество отдается сталям (вместо алюминиевых сплавов), причем низколегированным, а не углеродистым. При выборе арматурных изделий следует предпочесть арматуру, не упрочненную наклепом и термообработкой;

Изготовление специальных металлических изделий, более стойких к нагреву;

Огнезащита металлоизделий (конструкций) посредством нанесения внешних теплоизоляционных слоев.

Огнезащита металлоконструкций путем обетонирования по армирующей стальной сетке, оштукатуривания или облицовки негорючими листовыми материалами значительно утяжеляет конструкции и является весьма трудоемкой, что делает ее в ряде случаев неприемлемой. В настоящее время все большее распространение получают новые менее трудоемкие методы с использованием огнезащитных составов, незначительно утяжеляющих конструкции. Наиболее технологичным является нанесение на поверхность объекта тонкослойных вспучивающихся огнезащитных составов (красок). Их огнезащитные свойства проявляются за счет увеличения толщины слоя и изменения теплофизических характеристик при тепловом воздействии в условиях пожара.

Вспучивающиеся огнезащитные краски (покрытия) представляют собой композиционные материалы, имеющие в своем составе полимерное вяжущее и наполнители (антипирены, газообразователи, жаростойкие вещества и стабилизаторы вспененного угольного слоя). При нагревании они разлагаются вокруг защищаемой конструкции с поглощением тепла, происходит выделение инертных газов и паров, которые замещают атмосферный кислород и блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляя пламя вблизи слоя покрытия, уменьшают радиационный поток тепла и замедляют процесс горения. Вспучивающиеся покрытия содержат компоненты, которые являются источником образования вспененного угольного слоя, покрывающего поверхность конструкции. Этот слой постепенно закоксовывается, становится жестким.

Вспененный слой, отличаясь низкой теплопроводностью, выполняет функцию теплозащитного экрана, который замедляет распространение тепла по конструкции и ее прогрев, в результате чего обработанный объект значительно позже попадает в область критической температуры.

Сегодня на территории Российской Федерации для обеспечения огнезащиты строительных конструкций используется широкий спектр средств огнезащитных материалов (штукатурные составы, вспучивающиеся краски, обмазки, минераловатные плиты (маты), сухие штукатурки), имеющие различную огнезащитную эффективность и соответственно достоинства и недостатки.

Для существующих огнезащитных составов, красок и мастик, сертифицированных в соответствии с методикой, описанной в НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности", определена лишь группа их огнезащитной эффективности.

Страница 6 из 10

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ:

а) пожарной опасностью (классы)

б) огнестойкостью (предел огнестойкости)

Классы пожарной опасности:

К0 - непожароопасные

К1 - малопожароопасные

К2 - умереннопожароопасные

К3 - пожароопасные

Класс устанавливается по ГОСТ 30403-96 №Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности"

Огнестойкость строительных конструкций

Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуата­ционные функции. Огнестойкость относится к числу основных характеристик конструкций и регламентируется Строительными нормами и правилами.

Время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность, называют пределом огнестой­кости и измеряют в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до наступления одного из предельных состояний:

R – потеря несущей способности определяется об­рушением конструкции или возникновением предельных дефор­маций.

Е – потеря целостности (ограждающих функ­ций). Потеря целостности наступает вследствие образова­ния в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через кото­рые в соседнее помещение проникают продукты горения или пламя.

I – потеря теплоизолирующей способности определяется повышени­ем температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания.

Предел огнестойкости колонн, балок, арок и рам опреде­ляется только потерей несущей способности конструкций и узлов (R). Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, Е). Для наружных ненесущих стен - потеря целостности (Е). Для ненесущих внутренних стен и пере­городок – потеря целостности и теплоизолирующей способности (Е, I). Для несущих внутренних стен и противопожарных преград – все три предельных состояния - R, Е, I. Для окон – только потеря целостности (Е).

Определение фактических пределов огнестойкости строи­тельных конструкций в большинстве случаев осуществляют экс­периментальным путем. Основные положения методов испытаний конструкций на огнестойкость изложены в ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестой­кость. Общие требования" и ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции"

Сущность метода испытания конструкций на огнестойкость сводится к тому, что образец конструкции, выполненный в нату­ральную величину, нагревают в специальной печи и одновремен­но подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Температура в огневой камере печи t изменяется во времени по "стандартной" температурной кривой (рис. 3.2), которая может быть выражена зависимостью:

t = 345 lg (8t + 1) + t нач,

где t - время от начала испытания, мин.; t нач - начальная температура, °С.

Отклонение от температур, регламентируемых стандартной кривой, допускается в пределах 10% в течение 30 мин испытания и 5% - в последующее время.

Температуру в печи измеряют не менее чем в трех точках с помощью термопар. Горячие спаи термопар располагают на рас­стоянии 10 см от обогреваемой поверхности конструкции.

Нагревание испытываемых образцов соответствует реальным условиям работы конструкции и возможному направлению воз­действия огня в случае пожара.

При испытании – колонны обогревают с четырех сторон; балки – с трех; покрытия и перекрытия – со стороны нижней поверхности; стены, перегород­ки, двери – с одной стороны.

Испытаниям подвергаются не менее двух одинаковых об­разцов серийного изготовления или специально изготовленных. Перед испытанием образцы оборудуют приборами для измерения температур и деформаций.

Условия подогрева и особенности опытного образца обус­ловливают конструкцию испытательных установок (рис.3.6), пред­ставляющих собой огневые печи, в которых создается заданный температурный режим с помощью сжигания жидкого или газооб­разного топлива. Печи оборудуют приборами для измерения тем­пературы, а также устройствами для опирания, закрепления и нагружения опытных конструкций.

Огнестойкость конструкции – способность сохранять свои несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара (п. 3.1 СП 2 ).

Количественной характеристикой огнестойкости конструкций является предел огнестойкости – время от начала огневого испытания при стандартном температурном режиме до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний по огнестойкости (п. 5.2.1 СП 2 ).

Основными видами предельных состояний строительных конструкций по огнестойкости являются (ч. 2 ст. 35 123-ФЗ , п. 9 ГОСТ 30247.0):

· потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения недопустимых деформаций (R);

· потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

· потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений (I).

Обозначение пределов огнестойкости конструкций согласно п. 10 ГОСТ 30247.0 состоит из условных обозначений нормируемых для данной конструкции предельных состояний и цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний (первого по времени) в минутах.

Предел огнестойкости конструкции определяется как среднее арифметическое результатов испытаний двух образцов. При этом максимальное и минимальное значения пределов огнестойкости двух испытанных образцов не должны отличаться более, чем на 20 % (от большего значения). Если результаты отличаются друг от друга больше, чем на 20 %, должно быть проведено дополнительное испытание, а предел огнестойкости определяется как среднее арифметическое двух меньших значений. В обозначении предела огнестойкости конструкции среднее арифметическое результатов испытания приводится к ближайшей меньшей величине из ряда чисел: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360 (п. 11 ГОСТ 30247.0, ч. 1 ст. 35 123-ФЗ ).

Например, R 120 – предел огнестойкости 120 минут по потере несущей способности; REI 30 – предел огнестойкости 30 минут по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, какое из трёх предельных состояний наступит ранее.

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций используют следующие предельные состояния (п. 8.2 ГОСТ 30247.1 ):

· для колонн, балок, ферм, арок и рам – только потеря несущей способности конструкции и узлов ­(R);

· для наружных несущих стен и покрытий – потеря несущей способности и целостности (R, E), для наружных ненесущих стен – E;

· для ненесущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирующей способности и целостности ­(E, I);

· для несущих внутренних стен и противопожарных преград – потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности (R, E, I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций, в том числе с огнезащитой, определяются в условиях стандартных испытаний по методикам, установленным нормативными документами (ГОСТ 30247, ГОСТ Р 53307, ГОСТ Р 53308 и др.) (ч. 9 ст. 87 123-ФЗ ).

Пределы огнестойкости строительных конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания, могут определяться расчётом (ч. 10 ст. 87 123-ФЗ ).

Следует обратить внимание, что предел огнестойкости характеризует поведение конструкции только в условиях стандартных испытаний; время до потери конструкцией своих несущих или ограждающих функций в условиях «реального» пожара может отличаться от её предела огнестойкости.

Ранее методики испытания конструкций на огнестойкость регламентировались стандартом СТ СЭВ 1000-78 и пределы огнестойкости измерялись в часах (кратно четверти часа).

Стандартный температурный режим. Для обеспечения сопоставимости результатов испытаний различных конструкций на огнестойкость, выполненных в различных лабораториях, международный стандарт ИСО 834-75 и составленный на его основе ГОСТ 30247.0-94 предписывают проводить их при некотором условном температурном режиме, названным «стандартным».

Стандартное тепловое воздействие на конструкцию создаётся сжиганием соответствующего вида топлива в объёме испытательной печи и контролируется по изменению температуры во время испытаний t ,°C по закону, заданному в виде непрерывно возрастающей логарифмической функции времени t, мин :

t = 345 lg (8t + 1) + t 0 , (2.2)

где t 0 – начальная температура (обычно t 0 = 20°C).

Стандартный температурный режим в большинстве случаев не соответствует температурным режимам «реальных» пожаров, которые могут быть весьма разнообразны как по значениям температур, так и по длительности воздействия (рис. 2.1). Стандартный температурный режим является неубывающим и не отражает начальную и затухающую стадии пожара. Параметры стандартного температурного режима не учитывают реальную величину пожарной нагрузки, объём помещений и площадь проёмов в ограждениях.

В США и Великобритании стандартный температурный режим (2.2) определяется как «целлюлозный» пожар; он наиболее близко соответствует температурному режиму пожара в сравнительно небольших по объёму помещениях жилых и административных зданий при горении пожарной нагрузки из целлюлозосодержащих материалов (древесина, бумага, текстильные материалы).

Кроме того, стандартизированы ещё несколько температурных режимов, в частности, так называемый «углеводородный» пожар (например, стандарт UL 1709, Underwriters Laboratory, США), соответствующий горению нефти, нефтепродуктов или природного газа. Этот режим используется при оценке огнестойкости конструкций железнодорожных и автомобильных тоннелей, а также наружных технологических установок нефтегазового комплекса. При испытании по «углеводородному» режиму температура в огневой камере уже через 5 минут достигает 1000°С, а стремительный рост температуры сопровождается реактивным ударом факела пламени по вышележащим горизонтальным конструкциям.

t НСП

Рис. 2.1. Стандартный температурный режим (1) и температурные режимы «реальных» пожаров (2а, 2б, 2в); t НСП – продолжительность начальной стадии пожара

Следует заметить, что наличие нескольких характерных «стандартных» температурных режимов позволяет более полно учесть специфику огневого воздействия на конструкции в конкретных типах зданий и сооружений, однако при этом утрачивается сопоставимость результатов различных испытаний. Однако для сопоставимости результатов испытаний важно обеспечить не только единый режим изменения температуры газовой среды в огневой камере, но и единые условия теплообмена газовой среды с поверхностью конструкций.

Нормативный термин «стандартный температурный режим» в литературе иногда некорректно называют «стандартным пожаром». Как было отмечено выше (п. 1.1), нормативный термин «пожар» определяется как «неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб», а при стандартных огневых испытаниях горение всегда контролируемое и не приводит к ущербу, а, наоборот, выполняет положительную функцию.

Рассмотрим характеристики предельных состояний конструкций по огнестойкости несущих и ограждающих конструкций (ГОСТ 30247.1 ).

1) Потеря несущей способности (R ) наступает вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций.

Для изгибаемых элементов конструкций предельное состояние наступает, если прогиб достигнет величины L /20 или скорость нарастания деформаций достигнет L 2 /(9000h ), см ×мин -1 , где L – расчётный пролёт, см ; h – расчётная высота сечения конструкции, см .

Для вертикальных конструкций предельным является состояние, когда вертикальная деформация достигнет 1/100 высоты или скорость нарастания вертикальных деформаций достигнет 10 мм ×мин -1 для образцов высотой 3 ± 0,5 м .

2) Потеря целостности (Е ) происходит в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя.

В процессе испытания потеря целостности определяется при помощи ватного тампона, который помещают в специальную металлическую рамку и подносят к месту, где возможно проникновение пламени или продуктов горения, и в течение 10 с держат на расстоянии 20…25 мм от поверхности образца. Время от начала испытаний до воспламенения или возникновения тления со свечением тампона принимается за предел огнестойкости по признаку потери целостности Е , при этом тление без свечения не является признаком потери огнестойкости.

3) Потеря теплоизолирующей способности (I ) определяется как следствие повышения температуры на необогреваемой поверхности до опасных значений, которое может привести к воспламенению материала в помещении, смежном с очагом пожара, и таким образом способствовать его распространению. Опасные значения температур зависят от условий эксплуатации конструкции.

Для большинства несущих и ограждающих конструкций в соответствии с ГОСТ 30247.1 потеря теплоизолирующей способности происходит вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С, или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытаний.

Для дверей шахт лифтов потеря теплоизолирующей способности происходит вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности створок двери в сравнении с температурой образца перед началом испытания в среднем более чем на 280 °С или более чем на 330 °С в любой точке поверхности двери.

Огнестойкость строительных конструкций

зданий и сооружений

5.1. Строительные конструкции в аспекте обеспечения противопожарной защиты зданий.

Строительные конструкции, рассчитанные по всем правилам строительной механики, как правило, эксплуатируются много десятков лет. Однако в условиях пожара они могут разрушиться в течение нескольких часов или даже минут.

При этом большая часть материального ущерба от пожара обуславливается именно разрушением строительных конструкций.

Устойчивость СК к воздействию пожара влияет и на процесс тушения пожара, т.к. обрушение конструкций представляет большую опасность для персонала объекта и для пожарных. При этом, если СК обрушаются еще до момента ликвидации пожара, его дальнейшее тушение не дает какого-либо эффекта и становится бесполезным.

Современные СК с добавками органических составляющих в условиях пожара могут не только разрушаться, но также в ряде случаев воспламеняться, распространять пламя по своей поверхности, гореть, выделять токсичные продукты горения. Это существенно увеличивает продолжительность пожара и значение его опасных факторов.

5.2. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций.

С точки зрения поведения во время возникновения и развития пожара строительные конструкции (СК) характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью:

Показателем огнестойкости СК является предел огнестойкости;

Пожарную опасность СК характеризует класс ее пожарной опасности .
5.3. Предел огнестойкости (ФЗ №123)
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний.
Различают следующие основные виды предельных состояний строительных конструкций по огнестойкости:

Потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций (R);

Потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

Потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений (I);

Достижение предельной величины плотности теплового потока (W);

Потеря дымогазонепроницаемости (S).
5.4. Критерии наступления предельных состояний строительной конструкции при нагреве в условиях пожара (ГОСТ 30247.1).
Критерий потери несущей способности СК

а) обрушение конструкции

б) возникновение предельных деформаций:

Для изгибаемых конструкций следует считать, что предельное состояние наступило, если:

а) прогиб достиг величины L/20;

б) скорость нарастания деформаций достигла L 2 /(9000 . h) (см/мин),

где L - пролет, см; h - расчетная высота сечения конструкции, см.

Для вертикальных конструкций предельным состоянием следует считать условие, когда вертикальная деформация достигает L/100 или скорость нарастания вертикальных деформаций достигает 10 мм/мин. для образцов высотой (3,0±0,5) м.
Критерий потери целостности СК

Потеря целостности (E) наступает в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность приникают продукты горения или пламя. В процессе испытания потерю целостности определяют при помощи тампона из хлопка или натуральной ваты, который помещают в металлическую рамку с держателем и подносят к местам, где ожидается проникновение пламени или продуктов горения, и в течение 10 с держат на расстоянии 20-25 мм от поверхности образца.

Время от начала испытания до воспламенения или возникновения тления со свечением тампона является пределом огнестойкости конструкции по признаку потери целостности.

Обугливание тампона, происходящее без воспламенения или без тления со свечением, не учитывают.

Размеры тампона должны быть 100 х 100 х 30 мм, масса от 3 до 4 г. До использования тампон в течение 24 ч выдерживают в сушильном шкафу при температуре (105+ 5) °С. Из сушильного шкафа тампон вынимают не ранее; чем за 30 мин до начала испытания. Повторное применение тампона не допускается.
Критерий потери теплоизолирующей способности СК

Потеря теплоизолирующей способности (I) констатируется в случае повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 °С или любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания.
Таблица 5.1.

Критерии огнестойкости

	Критерии огнестойкости
	R		I	E
Горизон-тальные	а) разрушение		а), (о С) б) (о С), в) (о С),	воспламенение тампона из ваты или хлопка, продуктами горения, выходящими из трещин конструкций
	б)
	в) , L(см), h(см), V(см/мин.)
Верти- кальные	а) разрушение
	б)
	в) V > 10 мм/мин. при L=(3,0+ 0,5) м

Критерий потери дымогазонепроницаемости
Потеря дымогазонепроницаемости S определяется временем от начала нагрева и нагружения избыточным давлением испытываемой конструкции до момента уменьшения сопротивления дымогазопроницанию этой конструкции ниже минимально допустимого значения.

Удельное сопротивление дымогазопроницанию конструкций дверей различных типоразмеров не должно быть менее 1,96・10 5 м 3 /кг.

Критерий достижения предельной величины плотности теплового потока (ПТП)

При испытании вертикальных конструкций со светопрозрачными элементами, один из приемников теплового излучения устанавливаются на расстоянии (500 ± 10) мм от геометрического центра необогреваемой поверхности конструкции. Другие - на таком же расстоянии элементов, где ожидается наибольшая величина теплового излучения.

Горизонтальные конструкции со светопрозрачными элементами на предел огнестойкости по признаку W (достижения предельной величины плотности теплового потока) не испытываются.

Результаты испытаний оценивают по времени достижения предельной величины ПТП – 3,5 кВт/м 2 .
5.5. Нормирование пределов огнестойкости строительных конструкций различных типов
Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций используют следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов - R;

Для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности - R, E, для наружных ненесущих стен - E;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности - E, I;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности - R, E, I;

Предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности – Е.
Для светопрозрачных ограждающих конструкций и дверей (с площадью остекления не менее 25%) дополнительно нормируется предел огнестойкости по признаку достижения предельной величины плотности теплового потока – W.
Предел огнестойкости по признаку потери дымогазонепроницаемости (S) нормируется только для заполнения дверных проёмов в противопожарных преградах.

5.6. Обозначения пределов огнестойкости строительных конструкций (ГОСТ 30247.0)
Обозначение предела огнестойкости строительной конструкции состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний и цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний (первого по времени) в минутах.

Например, приведенные в нормативных документах обозначения означают:

R 120 - предел огнестойкости должен составлять не менее 120 минут - по потере несущей способности;

RЕ 60 - предел огнестойкости должен составлять не менее 60 минут - по потере несущей способности и потере целостности, независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее;

REI 30 - предел огнестойкости должен составлять не менее 30 минут - по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, какое из трех предельных состояний наступит ранее.

Если для конструкции нормируются (или устанавливаются) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, обозначение предела огнестойкости состоит из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой.
Например:

R 120/EI 60 - предел огнестойкости не менее 120 минут - по потере несущей способности/ и предел огнестойкости не менее 60 минут - по потере целостности или теплоизолирующей способности независимо от того, какое из двух последних предельных состояний наступит ранее.

При составлении протокола испытаний и оформлении сертификата пожарной безопасности следует указывать предельное состояние, по которому установлен фактический предел огнестойкости конструкции.

При различных значениях пределов огнестойкости одной и той же конструкции по разным предельным состояниям обозначение пределов огнестойкости перечисляется по убыванию.

Например, R90/I60/E30.

Цифровой показатель в обозначении предела огнестойкости должен соответствовать одному из чисел следующего ряда: 15, 30, 45, 60, 90, 180, 240, 360.
5.7. Фактические и требуемые пределы огнестойкости.
Пределы огнестойкости делятся на:

Фактические (П ф) – пределы огнестойкости реально существующих конструкций;

Требуемые (П тр) – нормативные пределы огнестойкости.

Требуемые пределы огнестойкости П тр определяются в зависимости от требуемой степени огнестойкости зданий.

Фактические пределы огнестойкости СК определяются двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетами (RI).
Вопрос: Почему расчетом нельзя предсказать потерю целостности?

5.8. Основные документы, регламентирующие испытания различных СК на огнестойкость
Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Двери шахт лифтов.

ГОСТ 30247.0-94	Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования
ГОСТ 30247.1-94	Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции
ГОСТ 30247.3-2002	Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Двери шахт лифтов
ГОСТ Р 53298-2009	ГОСТ Р «Потолки подвесные. Метод испытания на огнестойкость»
ГОСТ Р 53299-2009	ГОСТ Р «Воздуховоды. Метод испытаний на огнестойкость»
ГОСТ Р 53301-2009	ГОСТ Р «Клапаны противопожарные вентиляционных систем. Метод испытаний на огнестойкость»
ГОСТ Р 53302-2009	ГОСТ Р «Оборудование противодымной защиты зданий и сооружений. Вентиляторы. Метод испытаний на огнестойкость»
ГОСТ Р 53303-2009	ГОСТ Р «Конструкции строительные. Противопожарные двери и ворота. Метод испытаний на дымогазопроницаемость»
ГОСТ Р 53304-2009	ГОСТ Р «Стволы мусоропроводов. Метод испытания на огнестойкость»
ГОСТ Р 53305-2009	ГОСТ Р «Противодымные экраны. Метод испытаний на огнестойкость»
ГОСТ Р 53306-2009	ГОСТ Р «Узлы пересечения ограждающих строительных конструкций трубопроводами из полимерных материалов. Метод испытания на огнестойкость»
ГОСТ Р 53307-2009	ГОСТ Р «Конструкции строительные. Противопожарные двери и ворота. Метод испытаний на огнестойкость» взамен ГОСТ 30247.2-97
ГОСТ Р 53308-2009	ГОСТ Р «Конструкции строительные. Светопрозрачные ограждающие конструкции и заполнения проемов. Метод испытаний на огнестойкость»
ГОСТ Р 53309-2009	ГОСТ Р «Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования»
ГОСТ Р 53310-2009	ГОСТ Р «Проходки кабельные, вводы герметичные и проходы шинопроводов. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний на огнестойкость»

Глава 6

Методология огневых испытаний строительных конструкций
6.1. Общая методология

По результатам огневых испытаний, начавших интенсивно проводиться в нашей стране, начиная с 1948 г., накоплен обширный банк данных и в настоящее время огневые испытания на огнестойкость проводятся, как правило, для конструкций, которые не испытывались ранее и для которых нет официально утвержденной методики расчета.
Главная идея огневых испытаний – наиболее точное воспроизведение поведения СК при огневом воздействии на нее.

Для этого:

1) испытываемая конструкция выполняется проектных размеров (в натуральную величину). При невозможности испытания образцов проектных размеров их уменьшение допускается до величин указанных в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Минимальные размеры испытываемых строительных конструкций

Наименование конструкции	Размеры, м
	Ширина	Длина	Высота
Стены и перегородки	3,0	-	3,0
Покрытия и перекрытия, опирающиеся по двум сторонам	2,0	4,0	-
Покрытия и перекрытия, опирающиеся по четырем сторонам	2,8	4,0	-
Колонны, столбы и другие вертикальные стержневые конструкции	-	-	2,5
Балки и другие горизонтальные стержневые элементы	-	4,0	-

2) испытываемая конструкция опирается и нагружается в соответствии с положением и нагружением в реальном здании
Образцы несущих конструкций испытываются на действие нормативной нагрузки. Распределение нагрузки и опирание образцов при их испытаниях должны соответствовать расчетным схемам принятым при проектировании. При невозможности соблюдения этого условия в сечениях образцов должны быть созданы напряжения, соответствующие проектным расчетным схемам. Нагрузка устанавливается не менее, чем за 30 мин. До начала испытания и поддерживается в течение всего времени испытания постоянной.
3) конструкция подвергается огневому воздействию также в соответствии с реальным расположением ее в здании, т.е. схема обогрева конструкций должна соответствовать реальным условиям.

Перекрытия и покрытия воздействие тепла снизу.

Несущие балки и фермы – воздействие тепла с трех сторон

Колонны и столбы – воздействие тепла со всех сторон.

Наружные стены – воздействие тепла только с внутренней стороны.
Образцы многослойных несимметричных по сечению внутренних стен и перегородок - должны подвергаться воздействию тепла с каждой стороны отдельно (кроме случая, когда неблагоприятная сторона может быть заранее установлена).

Рис. 6.1. Стандартная кривая пожара «температура-время»

Температура в печи измеряется термопарами не менее, чем в пяти точках на расстоянии 100 мм от поверхности испытываемого образца, при этом на каждые 1,5 м 2 ограждающей поверхности образца и на каждые 0,5 м длины балки или колонны устанавливается одна термопара.
За температуру в печи принимается среднеарифметическое значение показаний всех термопар в данный момент времени.

Отклонение среднего значения температуры от стандартной не должно превышать

+ 15% в течение первых 10 мин. испытания;

+ 10% при 10
+ 5% после 30 мин.

6.2. Схемы испытательных установок для экспериментального определения пределов огнестойкости строительных конструкций
А) Установка для определения пределов огнестойкости стен (несущих и ненесущих) и перегородок.

Б) Установка для определения пределов огнестойкости колонн.

В) Установка для определения пределов огнестойкости перекрытий и покрытий.

6.3. Контроль достижения предельных состояний строительной конструкции во время эксперимента
А) Потеря целостности

Определение потери целостности осуществляется с помощью ватного тампона и при поддержке внутри печи избыточного давления.

Б) Потеря теплоизолирующей способности

Температура на необогреваемой поверхности ограждающих конструкций измеряется не менее, чем в пяти точках, одна из которых располагается в центре, а остальные – в середине прямых, соединяющих центр и углы проема печи.

Если при испытании ожидается (прогнозируется) появление максимальной температуры в других точках необогреваемой поверхности, то в них также устанавливают термопары (например, металлический мостик)

В) Потеря несущей способности

Деформации несущих конструкций во время испытания определяются прогибомером.

Проведение испытаний.

Предел огнестойкости конструкции определяется как среднее арифметическое результатов испытаний двух образцов.

При этом максимальное и минимальное значение пределов огнестойкости двух испытанных образцов не должны отличаться более, чем на 20% от показателя с большим значением. Если результаты отличаются друг от друга больше, чем на 20%, то нужно проводить дополнительное испытание, а предел огнестойкости определять как среднеарифметическое двух меньших значений.