Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий
Академия Государственной противопожарной службы
Н.	Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, Б.Б. Серков, А.Ю. Фролов,

[ Е.Т. Шурин |
ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ

И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ

ПРИ ПОЖАРЕ
Под редакцией кандидата технических наук, доцента

И.Л. Мосалкова
Учебник для слушателей и курсантов пожарно-технических

образовательных учреждений МЧС России
МОСКВА 2003

УДК 614.841.33(0.75,8)
ББК 38+ 38.96
3-46
ISBN 5 9229-0023-4
Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебник/
В.Н, Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, Б.Б, Серков, А.Ю. Фролов,

[Е.Т. Шурин,| - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003,- 656 с, ил.
Рецензенты: Главное управление Государственной противопожарной

службы МЧС РФ; Московский Государственный строительный

университет; Восточно - Сибирский институт МВД России
В учебнике изложены основные сведения о строительных материалах и

их поведении в условиях пожара, приведены методы исследования и оценки

поведения строительных материалов в условиях пожара, способы их огнезащи¬

ты и пути совершенствования нормирования пожаробезопасности применения

материалов в строительстве. Рассмотрены основные сведения о зданиях, со¬

оружениях и конструкциях, используемых в строительстве: объемно-планиро¬

вочные и конструктивные решения, схемы зданий, несущие каркасы и конст¬

руктивные элементы зданий, даны исходные сведения об огнестойкости зданий

и сооружений, строительных конструкций и методах ее экспериментальной

оценки.
Большое внимание уделено вопросам огнестойкости строительных кон¬

струкций, при этом рассмотрены теоретические основы расчета огнестойкос¬

ти строительных конструкций и дано понятие их предельного состояния; рас¬

четные схемы определения предела огнестойкости строительных конструкций;

особенности их поведения в условиях пожара; методы расчета предела огне¬

стойкости металлических, деревянных и железобетонных конструкций. Приве¬

дены результаты исследований, касающиеся оценок огнестойкости зданий и

сооружений с учетом совместной работы железобетонных конструкций в усло¬

виях пожара, изложена методика оценки состояния конструктивных железобе¬

тонных элементов зданий и сооружений, подверженных пожару, а также рас¬

смотрены способы их усиления.
Дано расчетное обоснование требуемых пределов огнестойкости стро¬

ительных конструкций.
Учебник предназначен для слушателей высших учебных заведений по¬

жарно-технического профиля МЧС России и может быть полезен нормативно¬

техническим работникам пожарной охраны, проектировщикам, а также студен¬

там ВУЗов строительного профиля.
ISBN 5 9229-0023-4
© Академия Государственной противопожарной

службы МЧС России, 2003

Введение
В нашей стране строятся здания и сооружения различного назначе¬

ния. Инвесторами строительства являются не только государственные

структуры, но и разнообразные фирмы и ассоциации, а также физические

лица. Наряду с обычными жилыми домами, дачными коттеджами, гаража¬

ми, магазинами, производственными и другими зданиями возводятся уни¬

кальные строения, не имеющие аналогов ни в российской, ни в мировой

практике. Достаточно привести примеры четырехэтажного подземного

торгового комплекса на Манежной площади в Москве, высотных зданий

нового общественного центра «Москва-Сити», тоннельных развязок длиной

до 3 километров третьего транспортного кольца в Москве, ледового дворца

в Ярославле, триумфальной арки в Курске, нефтепирса в Махачкале,

объектов Каспийского трубопроводного консорциума.
В строительных конструкциях зданий и сооружений используются

различные материалы по происхождению и пожарной опасности. Конст¬

руктивные элементы из железобетона, кирпича, бетона способны в услови¬

ях пожара в течение десятков минут, а иногда даже нескольких часов со¬

противляться огневому воздействию и не разрушаться. Стальные конструк¬

ции зданий при пожаре не горят, не распространяют огонь, но при 15-20 ми¬

нутном огневом воздействии теряют несущую способность. Несколько

дольше при горении продолжают выполнять несущие функции массивные

деревянные конструкции, однако они способствуют распространению огня

и развитию пожара. Конструктивные элементы из пластмасс, а также отде¬

лочные, теплоизоляционные, кровельные и другие материалы в условиях

пожара, как правило, не только горят, но и выделяют опасные для челове¬

ческого организма токсичные продукты.
Знать пожарные свойства строительных материалов, оценивать по¬

ведение конструкций при пожаре, предлагать эффективные способы огне¬

защиты конструктивных элементов, проводить расчеты прочности и устой¬

чивости зданий при огневом воздействии обязан инженер-проектировщик,

инженер-строитель, инженер-эксплуатационник. Но в первую очередь это

обязанность инженера пожарной безопасности.
Одной из базовых дисциплин для становления инженера пожарной

безопасности является дисциплина «Здания, сооружения и их устойчивость

при пожаре». Настоящий учебник является первым учебником по дисцип¬

лине. Ранее издавались учебно-методические пособия по разным разделам

дисциплины, лабораторные практикумы, учебники. При написании учебни¬

ка использованы результаты научно-исследовательских работ Академии

ГПС МЧС России, ВНИИПО МЧС России, Московского Государственного

строительного университета, научно-исследовательских и проектных ин¬

ститутов Госстроя Российской Федерации, исследования зарубежных спе¬

циалистов в области противопожарной защиты зданий, а также передовой

опыт подразделений Государственной противопожарной службы МЧС Рос¬

сии по нормативно-технической работе.
3

Дисциплина «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» базируется на

закономерностях химических процессов, физики твердого тела, материаловедения,

теории горения, основах теплопередачи, законах строительной механики и строительного

дела. Поэтому изучение курса предществует изучение целого рода общеобразовательных

итехнических дисциплин.
Необходимость издания учебника в настоящее время обуславливается также

переходом отечественного противопожарного нормирования на новую пожарно¬

техническую терминологию. Действующая у нас десятки лет пожарно^хническая

классификация строительных материалов, конструкций и зданий отличается от

аналогичной международной классификации развитых государств. Поэтому с выходом

России на европейский строительный рынок создались объективные трудности в

проектировании и строительстве зданий и сооружений, в приобретении и применении

строительных материалов и изделий. Для пожарно^хнической оценки материалов,

продукции, проектной документации^ нашими с одной стороны и зарубежными

специалистами с другой стороны) требуется значительное время и существенные

денежные средства. В учебнике сделана попытка объяснить и сравнить старую и новую

пожарно-техническую терминологию, а также дать методические рекомендации по их

использованию во время переходного периода.
В методическом отношении учебник построен в соответствии с

многолетним опытом преподавания дисциплины «Здания, сооружения и их

устойчивость при пожаре» на кафедре пожарной безопасности в строи¬

тельстве Академии МЧС России,
В учебнике изложены основные сведения о строительных материа¬

лах и их пожарной опасности, приведены методы испытания материалов на

горючесть, воспламеняемость, токсичность, дымообразующую способ¬

ность, распространение пламени по поверхности, описаны способы и эф¬

фективность огнезащиты стройматериалов, намечены пути совершенство¬

вания нормирования пожаробезопасности применения материалов в строи¬

тельстве.
Рассмотрены основные сведения о зданиях и сооружениях и их кон¬

структивных элементах, приведены конструктивные схемы зданий, их

объемно-планировочные и конструктивные решения, описано устройство

основных конструкций зданий, даны исходные сведения об огнестойкости

зданий и сооружений, строительных конструкций и методах ее эксперимен¬

тальной оценки.
Существенное внимание уделено вопросам огнестойкости строи¬

тельных конструкций. При этом рассмотрены теоретические основы расче¬

та фактических пределов огнестойкости конструкций и даны понятия их

предельных состояний. Изложены особенности поведения различных кон¬

структивных элементов в условиях пожара. Описаны расчетные схемы оп¬

ределения пределов огнестойкости строительных конструкций и особенно¬

сти расчета пределов огнестойкости металлических, деревянных и железо¬

бетонных конструкций. Приведены результаты исследований по оценке огнестойкости

зданий с учетом совместной работы железобетонных конструкций в условиях пожара.

Рассмотрена методика оценки состояния конструктивных железобетонных элементов
4

задний и сооружений, подверженных пожару, а также рекомендованы способы их

усиления.
Дано расчетное обоснование требуемых пределов огнестойкости

строительных конструкций.
Раздел 1 учебника написан кандидатом технических наук, доцентом

В.Н. Демехиным и доктором технических наук, профессором Б.Б. Серковым,

раздел 2 - архитектором Г.Ф. Плюсниной, разделы 3,8 и введение - кандида¬

том технических наук, доцентом|Е.Т. Шуриным|, разделы 4,5,6 - кандида¬

том технических наук, доцентом А.Ю. Фроловым, раздел 7 и приложения

кандидатом технических наук, доцентом И.Л. Мосалковым.
Авторы выражают благодарность рецензентам учебника и профес¬

сорско-преподавательскому составу кафедры пожарной безопасности в

строительстве за ценные замечания и пожелания, сделанные при подготов¬

ке рукописи.
5

Раздел 1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ

В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА
1.1.	ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ И ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ

В НИХ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА
1.1.1.	Внешние и внутренние факторы, определяющие

поведение строительных материалов в условиях

пожара
Номенклатура строительных материалов содержит сотни названий.

Каждый материал в определенной мере отличается от других внешним ви¬

дом, химическим составом, структурой, свойствами, областью применения

в строительстве и поведением в условиях пожара. Вместе с тем между ма¬

териалами не только существуют различия, но и множество общих призна¬

ков.
Под поведением строительных материалов в условиях пожара

понимается комплекс физико-химических превращений, приводящих к из¬

менению состояния и свойств материалов под влиянием интенсивного

высокотемпературного нагрева.
На рис. 1.1 показана обобщенная схема, в которой перечислены ос¬

новные факторы, процессы и последствия, которые могут характеризовать

поведение различных материалов в условиях пожара.
Для того чтобы понять, какие изменения происходят в структуре

материала, как меняются его свойства, т.е. как влияют внутренние факто¬

ры на поведение материала в условиях пожара, необходимо хорошо знать

сам материал: его происхождение, сущность технологии изготовления, со¬

став, начальную структуру и свойства.
В процессе эксплуатации материала в обычных условиях на него

воздействуют внешние факторы (эксплуатационные, см.рис. 1.1):
область применения (для облицовки пола, потолка, стен; внутри по¬

мещения с нормальной средой, с агрессивной средой, снаружи помещения

и т.п.);
влажность воздуха (чем она выше, тем выше влажность пористого

материала);
различные нагрузки (чем они выше, тем тяжелее материалу сопро¬

тивляться их воздействию);
природные воздействия (солнечная радиация, температура воздуха,

ветер, атмосферные осадки и т.п),
б

Теоретические основы и общие закономерности

поведения строительных материалов в условиях

пожара
Определяющие факторы
Внешние факторы:
пожара:
эксплуатационные:
температура
область
применения
время
влажность воздуха
огнетушащие
вещества
нагрузки
агрессивность
среды
воздействия
Внутренние факторы:
происхождение
технология изготовления
Физические:
Химические:
теплоперенос
дегидратация
влагоперенос
диссоциация
тепловое
терморазложение
деформирование
накопление
дефектов
структурные изменения
уменьшение объемной массы
размягчение
плавление
X
структура
свойства
Негативные процессы:
Физико-химические.
самовоспламенение
воспламенение
горение
распространение
пламени
дымовыделение
Отрицательные последствия:
ухудшение свойств
разрушение образца
необратимые деформации
Рис. 1.1. Структурная схема - ключ к изучению, оценке, прогнозированию и регулированию

поведения строительных материалов в условиях пожара и определению области

их безопасного применения

Перечисленные внешние факторы влияют на долговечность матери¬

ала (ухудшение его свойств в течение времени нормальной эксплуатации).

Чем они агрессивнее (интенсивнее) воздействуют на материал, тем быстрее

изменяются его свойства, разрушается структура.
При пожаре, помимо перечисленных, на материал воздействуют и

значительно более агрессивные факторы, такие, как:
высокая температура окружающей среды;
время (продолжительность) нахождения материала под воздействи¬

ем высокой температуры;
воздействие огнетушащих веществ;
воздействие агрессивной среды.
В результате воздействия на материал внешних факторов пожара в

материале могут протекать те или иные негативные процессы (в зависимо¬

сти от вида материала, его структуры, состояния в период эксплуатации).

Прогрессирующее развитие негативных процессов в материале ведет к от¬

рицательным последствиям (см. рис. 1.1).
1.1.2.	Основные свойства, характеризующие поведение

строительных материалов в условиях пожара
Свойствами называют [1] способность материалов реагировать на

воздействие внешних и внутренних факторов: силовых, влажностных, тем¬

пературных и др,
Все свойства материалов взаимосвязаны. Они зависят от вида, со¬

става, строения материала. Ряд из них оказывает более существенное, дру¬

гие - менее существенное влияние на пожарную опасность и поведение ма¬

териалов в условиях пожара.
Применительно к изучению и объяснению характера поведения

строительных материалов в условиях пожара предлагается в качестве ос¬

новных рассмотреть следующие свойства:
1.	Физические свойства: объемная масса, плотность, пористость, гиг¬

роскопичность, водопоглощение, водопроницаемость, паро- и газо-прони-

цаемость.
2.	Механические свойства: прочность, деформативность.
3.	Теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость,

температуропроводность, тепловое расширение, теплостойкость.
4.	Свойства, характеризующие пожарную опасность материалов:

горючесть, тепловыделение, дымообразование, выделение токсичных про¬

дуктов.
Свойства материалов обычно характеризуют соответствующими

числовыми показателями, которые определяют с помощью эксперимен¬

тальных методов и средств.

1.1.2.1.	Физические свойства
К физическим относят свойства, выражающие способность матери¬

алов реагировать на воздействие физических факторов: гравитационных,

влажностных и др.
Рассмотрим образец пористого материала (рис. 1.2). Обозначим его

массу - т, объем - V. Учитывая, что материал пористый, часть объема об¬

разца занимают поры. Обозначим эту часть объема V. Причем поры быва¬

ют открытыми - сообщающимися между собой и атмосферой. Обозначим

часть объема образца, занятую указанными порами, Упи Vjn, соответствен¬

но, Остальную часть объема образца занимает материал (вещество в абсо¬

лютно плотном состоянии) - V (см. рис. 1.2).
Рис. 1.2. Образец пористого материала:
V - объем образца: V - объем вещества; V - объем пор; Vm - объем открытых пор;
V- объем закрытых пор
Средняя плотность (объемная масса - р0, кг/м3) - масса единицы

объема материала в естественном состоянии, вычисляют по формуле
При этом в объем материала входит и объем пор. При определении

массы материала в естественном состоянии обычно указывают величину

влагосодержания, Учитывая, что пользоваться величинами объемной массы

материала при различных значениях влагосодержания неудобно (т.к. в этом

случае р0 получается непостоянной величиной), удобнее при определении р0

использовать величину m сухого материала (без учета массы воды в порах).

Поэтому m определяют после искусственной сушки материала в сушильном

шкафу при температуре 105-110°С до постоянной массы. Числовые значе¬
9

ния объемной массы для различных строительных материалов колеблются

в широком диапазоне (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Числовые значения показателей физических свойств наиболее

распространенных строительных материалов
Материал
Объемная масса
/ 3

р0, кг/ м
Платность
р, кгjмЭ
Пористость
П,%
Пенополнстирол
15-20
1050
81-98
Древссння:
сосна
400-600
1550
61-74
дуб
700-900
1600
42-55
Бетоны:
ячеистые
500-1200
2500
60-84
легкие
500-1800
2600
40-84
тяжелые
1800-2500
3000
17-40
Красный кирпич
1600-2500
3000
17-40
Стекло оконное
2500
2500
0
Металлы:
сталь
7800
7800
0
алюминиевые сплавы
2850
2850
0
Плотность (истинная плотность р0, кг/м3) - масса единицы объема

материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. объем определяют без уче¬

та пор, трещин, каверн и других полостей, присущих материалу в его обыч¬

ном состоянии)
т
У большинства материалов р0 < р (так как они содержат поры, тре¬

щины и другие неплотности). У непористых материалов практически
р0 = р (стекло, металлы, жидкости и т.п.).
Пористость (Ц %) - степень заполнения объема образца материала
порами:
П = ^-.	(1.3)
V
Величина пористости у различных материалов колеблется от 0 до

96% (см. табл. 1.1).
10

По размерам радиуса г поры классифицируют на:
микропоры - г < 10~5см;
макропоры - г > 10-5 см;
каверны - г>510‘3см.
Гигроскопичность - способность пористого материала поглощать

влагу из воздуха (парогазовой смеси). Она характеризуется влагосодержа-

нием материала - отношением массы влаги, содержащейся в порах матери¬

ала, к его массе в сухом состоянии - кг/кг, %,
Степень заполнения пор материала прямо зависит от относительной

влажности воздуха, температуры, парциального давления смеси. С увеличе¬

нием относительной влажности и со снижением температуры воздуха гиг¬

роскопичность повышается.
Влагой из воздуха заполняются лишь микропоры. Переходные поры

и макропоры способны заполняться только при непосредственном контак¬

те материала с водой (например, во время дождя и т.п.). Влага, содержащаяся

в микропорах, назывется гигроскопической (физически связанной, полу¬

свободной).
Способность материала отдавать влагу в окружающую среду назы¬

вают влагоотдачей.
Если между влажностью окружающего воздуха и влажностью мате¬

риала устанавливается равновесие (материал имеет равновесную влаж¬

ность), материал называют воздушно сухим. Например, в помещении при

относительной влажности воздуха 60-65% равновесная влажность древеси¬

ны в среднем равна 15% (0,15 кг/кг). Полное удаление гигроскопической вла¬

ги возможно лишь при искусственном нагреве материала при температуре,

превышающей ЮО'С, в течение нескольких часов или суток. При пожаре

этот процесс происходит интенсивнее.
Влага, которая может содержаться в течение какого-то времени в

макропорах, называется механической (свободной). Механическая влага

постепенно испаряется даже при 100% влажности воздуха.
Водопоглощение (W) - способность пористого материала впитывать

воду при непосредственном контакте с ней. Различают понятия водопогло-

щения материала по массе и по объему.
Водопоглощение по массе (Wm, %):
т „100 (т -m)l00
Wm=-S	= -^		,	(1.4)
т	т
где ш> - масса воды в порах образца, кг(г);
тв1 - масса образца после насыщения водой в течение суток, кг(г);

т - масса образца после сушки в сушильном шкафу при температуре 105-

110°С до стабилизации массы кг(г).
И

Водопоглощение по объему (Wv, %):
W _ Кв '100 _ тв 100 _ (тнв - m)1QQ	(15)
V	V	PSV	PBK
где Vg - объем воды в порах материала, м3(см3);

р> - плотность воды, кг/м3(г/см3).
При контакте материала с водой она проникает лишь в открытые

поры. В закрытые (замкнутые) поры вода не проникает. Поэтому водопог¬

лощение по объему называют кажущейся пористостью.
Наличие влаги в порах материала существенно влияет на другие его

свойства (механические, теплофизические), а также на его поведение в ус¬

ловиях пожара. По форме связи влаги с материалом существуют не только

рассмотренная нами физическая (полусвободная и свободная), но и физико¬

химическая или адсорбционная влага - на поверхностях кристаллов, стен¬

ках пор и т.п., а также химически связанная влага (в молекулах материа¬

лов и их компонентов).
Водопроницаемость - способность пористого материала пропускать

воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количе¬

ство воды, прошедшее в течение 1 часа через 1 см3 поверхности материала

при заданном давлении воды.
Паро- и газопроницаемость оценивают с помощью соответствую¬

щих коэффициентов (Я,р ). Она равна количеству водяного пара (воздуха),

которое проходит через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в те¬

чение 1 ч при разности давлений у противоположных поверхностей образ¬

ца 10 Па.
1.1.2.2.	Механические свойства
Механические (деформационно-прочностные) свойства отражают

способность материалов (изделий) сопротивляться действию нагрузок (уси-

лий), возникающих от силовых, тепловых, усадочных и других факторов.
Рассмотрим процесс растяжения стержня (рис. 1.3). Если на стер¬

жень действует внешняя (растягивающая) сила F, то в нем возникают внут-
F - внешняя растягивающая сила,^- внутренние силы, S - площадь поперечного сечения
образца
12

ренние силы/, суммарно равные внешней силе и направленные в противо¬

положную сторону. Причем Е/ = F. Если взять отношение суммы внутрен¬

них сил к площади поперечного сечения стержня S, то получим механичес¬

кую характеристику, которая называется напряжением.
СТ=М = £.	(1.6)
S S
В зависимости от направления приложения внешней силы в матери¬

але могут возникать напряжения сжатия, растяжения, изгиба, кручения и

АР-
Прочность - это способность материала сопротивляться разруше¬

нию за счет внутренних напряжений, возникающих под действием внешней

силы.
Возникновение напряжений в материале может происходить также

в результате воздействия других факторов, например, температурных гра¬

диентов по толщине конструкции. Чем больше величина напряжений, кото¬

рые способны возникнуть в материале, тем он прочнее. Однако всегда мож¬

но приложить такую внешнюю силу F , что сумма внутренних сил окажет¬

ся недостаточной для ее компенсации. В этом случае происходит разруше¬

ние материала, точнее потеря целостности, т.к. и при F < F в материале

протекает кинетический процесс накопления нарушений.
Напряжение, соответствующее разрушающей силе, называют вре¬

менным сопротивлением (пределом прочности) материала и обозначают R
(для металла также егв ).
В зависимости от вида напряжений, возникающих в материале, раз¬

личают временное сопротивление сжатию, растяжению, изгибу и др. В про¬

стейшем случае растяжения или сжатия материала предел прочности выра¬

жается отношением разрушающей силы Fp к площади поперечного сечения

образца материала (S):
Яр(с)=-£Г1'	П.?)
В случае изгиба
МР
Ян =— >	(1-8)
W
где Ли - временное сопротивление изгибу, Па;

М - разрушающий изгибающий момент, Нм;

W- момент соп ротивления, мэ.
13

Значения временного сопротивления для некоторых материалов

приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Числовые значения временного сопротивления некоторых

материалов
Материал
В
ременное сопротивление Л, МПа
при сжатии Rc
при растяжении RB
при изгибе RH
Торфо плиты
0.5
0.25...0.2
Бетон обыкновенный
5 .30
0.6..,2
-
Бетон высокопрочный
40 .80
2.5...7
-
Кирпич глиняный
7.5...30
1.5. 3.5
Древесина, (усреднен¬

ные данные)
вдоль волокон
50
130
100
поперек волокон
6,5
6.5
75
Стеклопластик СВ AM
420
450...470
410...460
Гранит
100.. 250
2...4.4
Сталь
380...450
380...450
-
Изданных, приведенных в табл. 1.2, видно, что соотношения между

величинами предела прочности при различных вариантах приложения

нагрузки зависят от вида материала. Так, для стали величины предела

прочности при сжатии и растяжении равны, а для гранита предел прочнос¬

ти при сжатии в 50 раз выше, чем при растяжении. У древесины величина

предела прочности зависит от направления приложения нагрузки по отно¬

шению к расположению волокон. Прочность древесины вдоль волокон

выше, чем поперек.
Материалы, характеризующиеся одинаковыми показателями

свойств (в частности, предела прочности) в различных направлениях, назы¬

вают изотропными, с различными показателями - анизотропными.
Временное сопротивление (как и другие механические характерис¬

тики) существенно зависит от физических свойств материалов. В частно¬

сти, чем выше пористость (ниже объемная масса), тем ниже прочность ма¬

териала.
Поскольку пористые материалы всегда содержат определенное ко¬

личество гигроскопической влаги, она оказывает капиллярное давление на

стенки пор. Учитывая, что пор в материале очень много, суммарное давле¬

ние достигает значительной величины,. Материал вынужден сопротивлять¬

ся этому давлению за счет внутренних напряжений. Это существенно сни¬

жает его прочность, т.е. способность сопротивляться внешней нагрузке.
Деформативность - способность образца материала (изделия) изме¬

нять свои размеры (форму) без изменения своей массы, характеризуется

величиной деформации: абсолютной, относительной.
Деформации образцов (изделий) происходят при растяжении, сжа¬

тии, сдвиге, кручении, изгибе и т.п. Все они могут быть обратимыми или

14

необратимыми (остаточными). Обратимые (упругие) - те, которые полнос¬

тью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызы¬

вающих. Необратимые деформации (пластические) накапливаются в пери

од действия факторов, их вызывающих, а после их устранения деформации

сохраняются. На характер и величину деформаций влияет не только сте

пень нагружения, но и скорость повышения нагрузки, а также температу¬

ра материала. Как правило, с понижением скорости нагружения, либо повы¬

шением температуры материала величина деформации увеличивается. Пла¬

стические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряже¬

ния, характеризуют текучесть материала.
Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение дли¬

тельного времени под влиянием нагрузки, величина которой недостаточна

для того, чтобы вызвать остаточную деформацию за обычные периоды на¬

блюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого дефор¬

мирования - ползучестью (крипом).
Помимо предела прочности к прочностным характеристикам мате¬

риалов относятся предел упругости и предел текучести.
# Упругость - способность образца материала изменять свою форму

под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму после

снятия нагрузки.
Предел упругости (сту) - максимальное напряжение, при котором в
материале еще не возникает остаточных деформаций.
Деформативно-прочностные характеристики материала наглядно

характеризует диаграмма напряжений (рис. 1.4). При упругой деформации

материала справедлив закон Гука, устанавливающий прямопропорциональ¬

ную зависимость между напряжением и величиной деформации
а = Ее,	(1.9)
где е - относительная деформация, например, при растяжении
I -£
£ = ———, (1.10)
f
где 10 -длина образца до растяжения, м;
(j - длина образца после растяжения, м;
Е - модуль упругости (модуль Юнга), Па.
Пластичность - способность образца материала изменять свою фор¬

му без разрушения под действием нагрузки и сохранять новую форму после

прекращения действия нагрузки. Это свойство характеризуется текучес¬

тью материала,
Предел текучести (Су ) - постоянное напряжение при нарастании

пластической деформации (см. рис. 1.4).
15

Рис 1.4. Диаграмма «напряжение - деформация» на примере образца мягкой стали:

а- напряжение, е- относительная деформация, в- предел упругости, а - предел текучести,

а- предел прочности (временной сопротивление), еу-величинаупругойдеформации,

О-А-участокупругихдеформаций, А-В-участокпластическихдеформаций,
В - С- участок самоупрочнения (наклепа), С - Д - участок разрушения материала
Наличие влаги в пористом материале влияет на их деформативные

свойства: коробление, усадку и др. Так, при насыщении пор материала во¬

дой он расширяется. В том случае, если в определенных условиях происхо¬

дит неравномерное (например, одностороннее) увлажнение (в частности, во

время дождя) или высушивание, то тонкие образцы (изделия) подвергаются

короблению (деформации изгиба) в результате неравномерного по толщи¬

не образца действия капиллярных сил влаги в порах материала.
В процессе сушки пористого материала происходит удаление влаги,

что ведет к уменьшению объема. Это свойство называется усадкой. Нерав¬

номерная сушка, а соответственно и усадка, ведут также к короблению (де¬

формации с изгибом) тонких образцов (изделий).
Твердость - способность образца материала сопротивляться про¬

никновению в него другого, более твердого образца материала. Величину

твердости для металлов определяют числом Бринелля (НВ), которое пред¬
16

ставляет собой отношение силы, вдавливающей металлический закаленный

шарик в поверхность испытуемого металла, к площади полученного в

испытаниях углубления. Твердость каменных материалов определяют по

условной десятибальной шкале Мооса, в которой в качестве эталонов

принята твердость десяти минералов, расположенных по возрастающей

твердости: 1 - тальк, 2 - гипс, 3 - кальцит, 4 - флюорит, 5 - апатит, 6 - полевой

шпат (ортоклаз), 7 - кварц, 8 - топаз, 9 - корунд, 10 - алмаз.
1.1.2.3.	Теплофизические свойства
Теплофизические свойства характеризуют поведение материалов

при воздействии на них тепла.
Теплопроводность - способность материала проводить через свою

толщину тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на

противоположных поверхностей образца (изделия), характеризуют коэф¬

фициентом теплопроводности материала (Я), Вт/м К.
Л = -^,	(U1)
SS01
где Q - тепло, переданное от обогреваемой поверхности к холодной, Дж;
S	- толщина образца (изделия), м;
S	- площадь обогреваемой поверхности, м2;
At - разность температур противоположных поверхностей образца, °С (или К);

г - время, с.
Коэффициент теплопроводности - количество тепла, проходящего

через плиту толщиной 1 м, при площади ее поверхности 1 м2, за время 1 с,

при разности температур на противоположных поверхностях 1 К.
Числовые значения коэффициента теплопроводности зависят от

вида материала (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Среднестатические значения величин теплофизических

характеристик отдельных строительных материалов (при 0°С)
Материал
А, Вт/м К
С, кДж/кг К
Пенопласта
0.04...0.05
-
Минеральная вата
0.05...0 09
-
Древесина
0.24
2 42, .2.75
Кирпич глиняный
0.8...0.85
0.8
Тяжелый бетон
1.0...1.5
0.8
Гранит
3.0 ..3,5
0.8
Сталь
58
0.42
2	2473
17

С повышением пористости (уменьшением объемной массы) одного

и того же материала Я уменьшается, т.к. воздух, содержащийся в порах, име¬

ет очень низкий коэффициент теплопроводности (Я = 0,023 Вт/м К). С по¬

вышением влагосодержания пористого материала его теплопроводность

возрастает, т.к. коэффициент теплопроводности воды (Я = 0,59 Вт/М'К).
Теплоемкость - способность материала при нагревании поглощать

определенное количество тепла, а при остывании - его отдавать, характери¬

зуется удельной теплоемкостью
где т - масса материала, кг;
At- разность температур материала до и после нагревания, К;

с - удельная теплоемкость, Дж/кг-К.
Удельная теплоемкость (с) - количество тепла, которое необходимо

сообщить, либо отобрать у 1 кг материала, чтобы изменить его температу¬

ру на 1°С. Числовые значения удельной теплоемкости некоторых строи¬

тельных материалов приведены в табл. 1.3.
У воздуха с = 0,97, у воды с = 4.2 кДж/кг-К. Поэтому с повышени¬

ем влагосодержания пористых материалов их удельная теплоемкость увели¬

чивается.
Температуропроводность - способность образца материала (изде¬

лия) изменить температуру при нагревании (охлаждении), характеризуется

коэффициентом температуропроводности (а), м2/с.
Коэффициент температуропроводности характеризует скорость

изменения температуры материала. Его вычисляют по формуле
где р0 - объемная масса материала, кг/м3.
Тепловое расширение твердых материалов характеризуется коэф¬

фициентами линейного и объемного теплового расширения.
Коэффициент линейного теплового (температурного) расширения

(а) - относительное изменение длины испытуемого материала при измене¬

нии его температуры на 1К.
Q
m&t ’
(1.12)
Я
(1.13)
сро
М
(1.14)
а =
где М - разность длин образца материала до и после нагрева, м;

(0 - начальная длина образца, м;
At - разность температур, К.
18

Коэффициент объемного теплового расширения - относительное

изменение объема образца материала при изменении его температуры на

1К.
где АV-разность объемов образца до и после нагрева, м3;
V0 - начальный объем образца, м3.
Числовые значения (а) и (Д для ряда строительных материалов при¬

ведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Числовые значения коэффициентов линейного и объемного

расширения в указанных диапазонах температур для различных

материалов
Материал
а-104, 1/К
0, i/к
Кирпич глиняный
0,009
.
Сосна поперек волокон
0.034
2 34
Сосна вдоль волокон
0.05
2 34
Мрамор
0.014
15, 100
Кварц
0,078...0.140
40
Сталь
0 105
0...100
Теплостойкость - способность нагретых материалов (в частности

полимерных) сопротивляться проникновению в них других, более твердых

материалов при их соприкосновении, а также деформированию под дей¬

ствием постоянной нагрузки (в нагретом состоянии).
Теплостойкость характеризуется температурой, при которой мате¬

риал перестает сопротивляться указанным действиям и контролируемые

параметры (глубина проникновения испытуемого средства, величина де¬

формации образца) достигают предельных значений.
1.1.2.4.Свойства, характеризующие пожарную

опасность строительных материалов
Под пожарной опасностью принято понимать вероятность возник¬

новения и развития пожара, заключенную в веществе, состоянии или про¬

цессе.
Согласно СНиП 21-01-97* [2) пожарная опасность строительных ма¬

териалов определяется следующими пожарно-технияескими характеристи¬

ками (свойствами материалов): горючестью, воспламеняемостью, распрос¬

транением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и ток¬

сичностью продуктов горения, Для оценки степени пожарной опасности

строительных материалов используют количественные показатели.
2* 2473	19

Горючесть - свойство, характеризующее способность материала го¬

реть.
Согласно СНиП 21-01-97' строительные материалы по горючести

подразделяют на две основные группы: негорючие (НГ) и горючие (Г).
Согласно ГОСТ 12.1.044-89 (3) негорючие (несгораемые) - материа¬

лы, не способные к горению на воздухе.
Для негорючих строительных материалов другие показатели пожар¬

ной опасности не определяются и не нормируются.
Горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовоз¬

гораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно

гореть после его удаления.
Экспериментальную оценку показателя группы горючести строи¬

тельных материалов проводят по ГОСТ 30244-94 [4], согласно ГОСТ 30244-94

и СНиП 21-01-97 горючие материалы подразделяются на 4 группы: Г1 - сла¬

богорючие, Г2 - умеренногорючие, ГЗ • нормальногорючие, Г4 - сильного¬

рючие.
Воспламеняемость - способность материала воспламеняться от ис¬

точника зажигания, либо при нагреве до температуры самовоспламенения.
Экспериментальную оценку показателя воспламеняемости строи¬

тельных материалов производят по ГОСТ 30402-96 [5]. Согласно ГОСТ

30402-96 и СНиП 21-01-97' горючие материалы по воспламеняемости под¬

разделяют на 3 группы: В1 - трудновоспламеняемые, В2 - умеренновоспла-

меняемые, ВЗ - легковоспламеняемые.
Распространение пламени - способность образца материала распро¬

странять пламя по поверхности в процессе его горения.
Экспериментальную оценку показателя (группы) распространения

пламени по строительным материалам производят по ГОСТ 30444-97 (ГОСТ

Р 51032-97) [6]. Согласно ГОСТ 30444-97 и СНиП 21-01-97' горючие материа¬

лы по способности распространять пламя по поверхности делят на 4 груп¬

пы: РП1 - нераспространяющие, РП2 - слабораспространяющие, РПЗ - уме-

реннораспространяющие, РП4 - сильнораспространяющие пламя.
Дымовыделение - способность материала выделять дым при горе¬

нии, характеризуется коэффициентом дымообразования, определяемым по

ГОСТ 12.1.044-89(3].
Коэффициент дымообразования - величина, характеризующая оп¬

тическую плотность дыма, образующегося при сгорании образца материа¬

ла в экспериментальной установке.
По величине коэффициента дымообразования строительные мате¬

риалы подразделяются на 3 группы: Д1 - с малой дымообразующей способ¬

ностью, Д2 - с умеренной дымообразующей способностью, ДЗ - с высокой

дымообразующей способностью.
В процессе горения (разложения, тления) органические материалы

способны выделять токсичные пары и газы, это свойство характеризуется

показателем (индексом) токсичности, который определяют по ГОСТ

12.1.044-89 [3].
20

Показатель (индекс) токсичности продуктов горения материалов ■

отношение количества материала к единице объема камеры эксперимен¬

тальной установки, при сгорании которого выделяющиеся продукты вызы¬

вают гибель 50% подопытных животных.
По показателю токсичности строительные материалы подразделя¬

ются на 4 группы: Т1 - малоопасные, Т2 - умеренноопасные, ТЗ - высоко¬

опасные, Т4 - чрезвычайно опасные.
Помимо рассмотренных свойств и показателей пожарной опаснос¬

ти, регламентируемых СНиП 21-01-97', для более полной оценки пожарной

опасности строительных и других твердых материалов с помощью методов,

включенных в ГОСТ 12.1.044-89, в исследовательской практике оценивают

и ряд других показателей, в частности: температуры воспламенения и само¬

воспламенения, кислородный индекс, индекс распространения пламени,

скорость распространения пламени, теплоту сгорания материала.
Температура воспламенения (() - минимальная температура, при

которой интенсивность выделения газообразных горючих продуктов разло¬

жения достаточна для их зажигания внешним источником и поддержания

самостоятельного горения материала при устранении внешнего источника.
Температура самовоспламенения (( ) - самая низкая температура

материала, при которой в условиях специальных испытаний происходит

интенсивное увеличение скорости экзотермической реакции, заканчиваю¬

щейся пламенным горением.
Кислородный индекс (КИ) - минимальная концентрация кислорода

(%), необходимая для устойчивого горения материала.
Индекс распространения пламени - условный безразмерный пока¬

затель, характеризующий способность материала распространять пламя по

поверхности.
Скорость распространения пламени по поверхности материала (V,

м/с) - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего

участка.
Теплота сгорания (QH , МДж/кг) - количество тепла, выделяющего¬

ся при полном сгорании единицы массы материала.
1.1.3.	Сущность физико-химических процессов,

приводящих к изменению свойств строительных

материалов в условиях пожара
1.1.3.1.	Физические процессы
Теплоперенос (теплопередача) - непрерывное перемещение тепло¬

вого потока от обогреваемой поверхности образца материала (изделия)

вглубь (в направлении необогреваемой поверхности - при одностороннем

обогреве, рис. 1.5,а [9]).
21

Рис. 1.5. Характер изменения тепловлажностных

характеристик:

а-температуры, С б-давленияпара, Р;

в - влагосодержания, и образца материала по толщине

и в конкретной точке, в различные моменты

времени, т, при одностороннем

высокотемпературном нагреве (х- координата по

толщине образца, т, - моменты времени от начала

нагрева, - время откола куска толщиной Лот при

взрывообразном разрушении [9].
в
Основным показателем, характеризующим развитие этого процес¬

са, является температура материала ((- потенциал теплопереноса). Пара¬

метрами, необходимыми для количественной оценки протекания процесса

теплопереноса и расчета изменения основного показателя (t) при пожаре

являются теплофизические характеристики материала (Я, с, а).
Влагоперенос - отражает процесс перемещения влаги в пористой

структуре материала одновременно с развитием процесса теплопереноса.
Поскольку отмеченные процессы действуют одновременно, часто

их рассматривают как один процесс тепло-влагопереноса. Однако учиты¬

вая, что процесс влагопереноса несколько сложнее для понимания, рас¬

смотрим его автономно. При нагреве материала до температуры 100 “С вла¬

га, содержащаяся в порах, претерпевает температурное расширение, что

увеличивает давление на стенки пор, вызывает увеличение внутренних на¬

пряжений в материале и снижает его прочность. Дальнейший нагрев мате¬

риала приводит к переходу воды, содержащейся в порах, в парообразное

состояние. При этом сначала влага испаряется с обогреваемой поверхности
22

материала. Затем фазовый переход влаги в пар происходит в так называе¬

мой «зоне испарения», которая по мере прогрева постепенно перемещает¬

ся в глубь образца (строительной конструкции) под влиянием процесса теп-

лопереноса. Учитывая, что объем пор в твердом материале во время нагре¬

ва практически не изменяется, интенсивное парообразование (с 1 л воды по¬

лучается 1700 л пара при нормальных условиях) приводит к быстрому рос¬

ту давления в порах материала (см. рис. 1.5, б). По мере перемещения зоны

испарения вглубь образца материала (изделия) давление в ней возрастает.
Так образуется градиент давления по толщине образца материала

(изделия, см. рис. 1.5, б). Поскольку давление пара действует во все сторо¬

ны одинаково, часть пара под его влиянием фильтруется наружу через об¬

разовавшуюся «сухую» зону материала в сторону обогреваемой поверхно¬

сти. Другая часть пара под действием давления из зоны испарения переме¬

щается в глубь материала, где конденсируется в более холодных его слоях,

образуя «зону повышенного влагосодержания». При этом в течение опреде¬

ленного времени за зоной повышенного влагосодержания остается «зона

начального влагосодержания» материала.
Влагоперенос приводит к созданию градиента влагосодержания ма¬

териала по толщине образца (изделия). По мере прогрева материала (под

влиянием процесса теплопереноса) ширина зоны начального влагосодержа¬

ния постепенно уменьшается вплоть до полного ее исчезновения. Кроме

того, под действием избыточного давления в сторону необогреваемой по¬

верхности изделия влага выделяется из пор материала и стекает вниз. Затем

и эта зона исчезает - по мере достижения зоной испарения необогреваемой

поверхности. Если обогрев изделия происходит с нескольких сторон, то и

зона испарения образуется соответственно с нескольких сторон и по мере

прогрева материала перемещается в глубь (рис. 1.5,в).
Основным показателем процесса влагопереноса является избыточ¬

ное давление (Р) пара в зоне испарения. Давление пара является одним из

основных стимуляторов процесса разрушения (накопления нарушений, по¬

вреждений структуры) материала. При превышении избыточным давлени¬

ем некоторой критической величины этот процесс может привести к явле¬

нию взрывообразной потери целостности образца (изделия) материала.
В том случае, если величина избыточного давления ниже определен¬

ного, характерного для данного материала значения, то удаление физичес¬

ки связанной влаги не приводит к явлению взрывообразной потери целост¬

ности. При этом после нагрева до температур порядка Ю0...250°С может

происходить даже некоторое повышение прочности материала. Это обус¬

ловлено в основном снятием капиллярного давления влаги на стенки пор ма¬

териала.
Деформирование образцов материала (изделий) при воздействии

пожара происходит в результате влияния ряда факторов, внутренних и вне¬
23

шних, в частности: температуры материала, его влагосодержания, внешне¬

го силового воздействия на образец материала (конструкцию). Под влияни¬

ем перечисленных факторов в условиях пожара образцы материала (изде¬

лия) могут претерпевать следующие виды деформаций:
температурные деформации расширения происходят в результате

процесса теплопереноса, приводящего к увеличению межатомных расстоя¬

ний в материале вследствие превращения тепловой энергии в кинетическую

энергию атомов, подвижность которых при этом возрастает по мере повы¬

шения температуры материала:
температурно-влажностные деформации капиллярно-пористых ма¬

териалов при нагреве, которые обусловлены действием процесса тепловла-

гопереноса;
температурно-влажностно-силовые деформации материала проис¬

ходят в результате суммарного действия внешней нагрузки на конструк¬

цию (а, следовательно, и материал) и температурно-влажностных процес¬

сов;
накопление дефектов (разрушение материала).
Существует несколько теорий разрушения материалов. Их условно

можно разделить на 2 группы: классическая теория, основанная на науке о

сопротивлении материалов и кинетическая теория.
Известны ряд классических теорий (и их модификаций) прочности

(разрушения) твердых тел. Их основы были заложены в исследованиях Га¬

лилея, Мариотта, Кулона, Сен-Венана, Губера, Бельтрами, Мизея, Мора и

др., а затем получили дальнейшее развитие в работах Грифоритса, Дегтяре¬

ва В.П., Панферова В.М., Ужика Г.В. и др. Все эти теории основаны на пред¬

положении о существовании некоторого критического, порогового напря¬

жения, после достижения которого наступает мгновенное разрушение ма¬

териала (изделия). При напряжении меньше предельного предполагается,

что твердое тело будет оставаться сплошным сколько угодно долго и такое

напряжение считается безопасным. Следовательно, разрыв твердого тела

рассматривается как критическое событие, а предел прочности принимает¬

ся за константу твердого тела. Иными словами, под разрушением эти тео¬

рии подразумевают мгновенный акт, которому лишь предшествует процесс

роста напряжений в материале, однако с его структурой и свойствами ни¬

чего не происходит. Следовательно, основной характеристикой, использу¬

емой данными теориями при констатации факта разрушения материала, яв¬

ляется его предел прочности. Учитывая, что эту характеристику просто оп¬

ределять экспериментально и она изменяется при нагреве материалов в ус¬

ловиях пожара, ее используют в рассчетах изменения несущей способнос¬

ти конструкций в условиях пожара (статическая часть задачи огнестойко¬

сти конструкций).
О	кинетической теории прочности (разрушения) твердых тел мож¬

но сказать следующее. Сравнительно недавно в практике эксплуатации жа¬

ропрочных сплавов при высоких температурах и полимеров при умеренных
24

температурах столкнулись с явлением так называемой «статической уста¬

лости». Было обнаружено, что при статическом нагружении образца вне за¬

висимости от величины действующего напряжения происходит его разру¬

шение и тем быстрее, чем выше эта величина. Явление статической устало¬

сти оказалось универсальным, т.е. присущим всем твердым материалам. Раз¬

рушение в этом случае представляет собой необратимый кинетический

процесс постепенного накопления внутренней поврежденное™ (дефектов,

нарушений) структуры материала, ускоряемый температурой. Эксперимен¬

тальные исследования поведения ряда твердых строительных материалов

(бетона, асбестоцемента, стали] в условиях пожара показали, что процесс

разрушения этих материалов при пожаре подчиняется кинетическому зако¬

ну.
Изменение структуры (модификационные или алотропические пре¬

вращения) материала характерно для металлов (сталей) отдельных минера¬

лов при изменении температуры (нагреве, охлаждении).
Изменение свойств материалов происходит в результате действия

физических и химических процессов в материалах, что ведет, соответственно,

к изменению и числовых показателей, характеризующих эти свойства. Так, в

зависимости от температуры изменяются теплофизические, механические

характеристики материалов. Изменение структуры и даже состава материалов

в результате воздействия пожара ведет к уменьшению объемной массы,

увеличению пористости, проницаемости, водопоглощения и т.п.
Размягчение - свойственно преимущественно аморфным материалам

при нагреве, в частности, отдельным видам полимеров (термопластичных).

Это приводит к повышению их пластичности (текучести) и, соответствен¬

но, к снижению упругости, прочности, повышению деформативности.
В существенно меньшей мере, чем аморфные материалы, процессу

размягчения подвержены кристаллические материалы (металлы, искусст¬

венные каменные материалы) при нагреве. Однако даже незначительное по¬

вышение пластичности способствует развитию температурной ползучести

этих материалов при нагревании в нагруженном состоянии. Основным по¬

казателем рассматриваемого процесса является температура размягчения.
Изменение агрегатного состояния у кристаллических материалов -

фазовый переход из твердого состояния в жидкое (и обратно) происходит

при определенной температуре плавления. Температура плавления совпада¬

ет с температурой затвердевания. При этом в процессе плавления или зат¬

вердевания температура материала не изменяется. Данный процесс, во-пер-

вых, приводит к снижению прочности материалов до нуля. Во-вторых, пары

и газы, которые при этом выделяются, могут оказаться горючими.
1.1.3.2.	Химические процессы
Дегидратация - химическая реакция отщепления от молекулы веще¬

ства химически связанной воды. Этот процесс, например, характерен для

ряда природных каменных материалов, в частности, гипса:
25

CaSO, 2Н,0 = CaO( • 0,5Нг<Э + 1,5Н,0,

а также для искусственных каменных материалов, изготовленных на

минеральных вяжущих веществах и др.
Дегидратация молекул компонентов приводит, в частности, к усад¬

ке материала, например, цементного вяжущего в искусственных каменных

материалах (бетоне, асбестоцементе). В то же время другие компоненты

композиционных материалов (например, бетонов) могут расширяться, что

приводит к возникновению внутренних усилий в материале, созданию на¬

пряженного его состояния, накоплению повреждений - разрушению (сниже¬

нию прочности).
Диссоциация - расщепление (распад) молекул. Эта химическая реак¬

ция свойственна, в частности, природным каменным материалам, например,

при температуре порядка 900°С протекает реакция диссоциации известня¬

ка (карбоната кальция)
СаСО, = СаО + СО,.
Она характерна также для минеральных вяжущих веществ, которые

являются основой искусственных каменных материалов. Эта реакция при¬

водит к снижению объемной массы, прочности материала, увеличению его

пористости.
Химическое разложение твердых материалов состоит в том, что при

повышении их температуры до определенного для каждого материала зна¬

чения (температуры начала деструкции) начинается процесс разрыва хими¬

ческих связей с образованием более простых компонентов (твердых, жид¬

ких, газообразных). Причем с повышением температуры скорость химичес¬

ких реакций возрастает. Термическое разложение является чрезвычайно

сложным процессом, зависящим от множества параметров. Этот процесс

можно разделить на 3 разновидности.
1.	Термическая деструкция, при которой сложные молекулы распа¬

даются на более простые звенья.
2.	Пиролиз - процесс глубокого расщепления продуктов деструкции

вплоть до образования простейших молекул.
3.	Термоокислительное разложение при участии кислорода воздуха.
Процесс термоокислительного разложения носит выраженный эк¬

зотермический характер и зачастую приводит к воспламенению материала.

Процесс разложения материалов при повышенных температурах сопро¬

вождается образованием газообразных, жидких веществ, обладающих ток¬

сичным действием. Для большинства материалов общим токсичным компо¬

нентом продуктов разложения и горения является оксид и диоксид углеро¬

да (СО, С02). Наряду с указанными органические материалы выделяют и

другие токсичные продукты, виды которых зависят от химического соста¬

ва горящего материала.
Таким образом, и химические процессы приводят к разрушению

(снижению прочности) материалов и другим негативным последствиям, в

частности, горению.
26

1.1.3.3.	Физико-химические процессы
Основным физико-химическим процессом, который происходит с

органическими строительными материалами в условиях пожара, является

процесс горения.
Глубоко и всесторонне этот процесс, его законы и теоретические

основы рассматривают при изучении дисциплины «Теоретические основы

процессов горения».
Горение - сложный физико-химический процесс превращения горю¬

чих материалов в продукты горения, сопровождающийся выделением тепла

и света.
Процесс горения включает совокупность составляющих его процес¬

сов: воспламенения, распространения пламени, тепловыделения, дымовыде-

ления.
Воспламенение - процесс принудительного зажигания горючей сме¬

си, т.е. инициирование горения высоконагретым источником зажигания.
Горение строительных материалов в условиях пожара сопровожда¬

ется процессом распространения пламени.
Распространение пламени является непрерывным процессом, проис¬

ходящим за счет тепла, высвобождающегося в результате химической реак¬

ции и передвигающегося к несгоревшей части поверхности материала.
Тепловыделение является следствием процесса (сопутствующим

процессом) горения строительных (и не только строительных) материалов

в условиях пожара. Выделяющееся тепло идет частично на нагрев несгорев¬

шей части горящего материала (на подготовку ее к горению), других горю¬

чих материалов, составляющих пожарную нагрузку помещения, на нагрев

(теплоперенос) негорючих материалов строительных конструкций.
Дымовыделение также является сопутствующим процессом горения.

На пожарах, как правило, горение происходит при недостатке окислителя,

что приводит к образованию продуктов неполного сгорания и дымовыделе-

нию. Дым представляет собой аэрозоль, состоящий как из твердых (сажи,

золы), так и жидких частиц. Оптические свойства дыма характеризуются

способностью поглощать и рассеивать свет, что является причиной

снижения видимости в задымленном пространстве и ограничения возмож¬

ности эвакуации людей при пожаре.
Интенсивность дымообразования определяется химической приро¬

дой материала, а задымление помещений зависит от количества дымообра¬

зующих материалов, условий развития пожара, воздействия тепловых пото¬

ков от очага пожара и времени. Наибольшее дымообразование достигается

при горении в режиме пиролиза материалов (подготовки их к горению) и

тления. Дым обычно содержит токсичные продукты горения.
27

1.2.	МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ

ПОЖАРА
1.2.1.	Методы исследования механических

характеристик строительных материалов

при их нагревании
Экспериментальные исследования механических характеристик не¬

органических строительных материалов (бетона, арматурных сталей) при¬

менительно к условиям пожара проводят в основном с помощью разруша¬

ющих методов, в процессе которых происходит разрушение (уничтожение)

испытуемых образцов.
Известны несколько методов определения изменения деформатив-

но-прочностных характеристик материалов применительно к условиям по¬

жара, отличающихся последовательностью приложения термического и ме¬

ханического воздействий. Так, до конца 60-х годов широко использовали

метод испытания бетона, металлов и других материалов, состоящий из сле¬

дующих основных технологических операций (последовательность испыта¬

ний).
1.	Образец материала стандартных размеров нагревают в электропе¬

чи до заданной температуры и выдерживают при этой температуре в тече¬

ние определенного времени до обеспечения равномерного прогрева матери¬

ала по толщине образца.
2.	Образец подвергают воздействию нарастающей механической на¬

грузки до разрушения непосредственно в нагретом состоянии, либо после

ост ывания до начальной температуры.
3.	Измеряют величину разрушающей силы F .
4.	Вычисляют временное сопротивление (предел прочности) Rltm
где S - начальная площадь поперечного сечения образца, м2, а также

относительную величину прочности материала (коэффициент изменения

прочности материала при нагреве)
где R20 — временное сопротивление материала разрушению при температу¬

ре 20 “С, МПа.
28

В такой последовательности испытывают серию образцов анализи¬

руемого материала при различных температурах. Затем по результатам ис¬

пытаний строят график изменения абсолютных величин предела прочнос¬

ти. Полученные результаты экспериментальных исследований могут быть

использованы в качестве исходных данных при проведении расчетов огне¬

стойкости строительных конструкций.
По мере развития теории расчетов огнестойкости строительных

конструкций эти методы перестали удовлетворять предъявляемым требова¬

ниям, т.к. предусмотренные в них условия испытаний (вначале нагрев, затем

нагружение образцов) не в полной мере отражают работу материала реаль¬

ной несущей конструкции в условиях пожара. При пожаре конструкция

подвергается нагреву уже в заранее нагруженном состоянии. Поэтому в

начале 70-х годов были разработаны и с этого времени используются мето¬

ды испытаний, более приближенные к условиям работы несущих конструк¬

ций при пожаре. Это методы испытаний бетона и металлов (в частности,

арматурных сталей и алюминиевых сплавов). Они содержат следующие ос¬

новные технологические операции.
1.	Образец материала вначале нагружают до заданной постоянной

величины 7^ у
a j	<т,
Г,=т; 7*=т,	(1.18)
где у , уь — относительное напряжение, возникающее соответственно в на¬

груженном образце арматуры, или бетона;

ст, - напряжение в образце от внешней нагрузки, МПа.
2.	Нагруженный образец подвергают нагреву по стандартному тем¬

пературному режиму [7] до момента достижения им предельного состояния

(разрушения, предельной деформации ползучести и т.п).
3.	В процессе опыта регистрируют изменение температуры и дефор¬

мации образца. Затем строят графики изменения относительной деформа¬

ции образца от температуры при заданных величинах относительного на¬

пряжения от внешней нагрузки. По результатам испытаний образцов (при

различных значениях относительного напряжения от внешней нагрузки у)

также строят графики зависимости этих величин от температуры, называя

их как и т^, коэффициентом изменения прочности материала. Эти

экспериментальные данные используют в расчетах пределов огнестойкости

строительных конструкций.
1.2.2.	Классификационные (аттестационные) методы

оценки показателей пожарной опасности материалов
Согласно СНиП 21-01-97’ "Пожарная безопасность зданий и соору¬

жений" [2] к строительным материалам предъявляют требования по следу¬

ющим показателям пожарной опасности: группам горючести, воспламеня¬

емости, распространению пламени, дымообразующей способности и ток¬
29

сичности продуктов горения. Для оценки этих показателей пожарной опас¬

ности используют ряд методов, регламентируемых ГОСТ [3-6]. Вначале по

методу 1 ГОСТ 30244-94 оценивают, относится материал к негорючим (НГ)

или к горючим (Г). Если материал относится к (НГ), то другие показатели

пожарной опасности для него не определяют. Если материал относится к

горючим, то для него по методу 2 ГОСТ 30244-94 определяют группу горю¬

чести, а затем и другие показатели пожарной опасности по методам [3, 5,6].

Рассмотрим основные положения этих методов испытаний.
1.2.2.1.	Метод испытания на горючесть для отнесения

материалов к негорючим или к горючим (метод - 1) [4]
Метод применяют для однородных строительных материалов. Для

слоистых материалов метод может использоваться в качестве оценочного.

В этом случае испытания проводят для каждого слоя, составляющего мате¬

риал.
Однородные материалы - материалы, состоящие из одного веще¬

ства, равномерно распределенной смеси различных веществ (например,

древесина, пенопласты, древесностружечные плиты и т.п.).
Слоистые материалы — материалы, изготовленные из двух и более

слоев однородных материалов (например, гипсокартонные листы, бумаж¬

но-слоистые пластики, однородные материалы с огнезащитной обработ¬

кой).
Сущность метода состоит в тепловом воздействии на испытуемый

образец материала в течение определенного времени и регистрации пара¬

метров, характеризующих его поведение при нагреве.
Из предназначенного для испытаний материала готовят не менее 5

образцов цилиндрической формы диаметром 45 мм и высотой 50 мм. Если

толщина материала менее 50 мм, то образец необходимой толщины готовят

путем составления из нескольких горизонтально расположенных слоев,

скрепляя их между собой проволокой.
Испытания проводят с помощью установки - трубчатая электро¬

печь (рис. 1.6).
Порядок испытаний следующий.
1.	Печь нагревают до 750( ±5)°С и выдерживают при этой температу¬

ре в течение 10 мин.
2.	Взвешенный образец помещают в держатель 5 и подвешивают к

устройству для ввода образца в печь.
3.	Вводят образец в печь и выдерживают, как правило 30 мин (до до¬

стижения в печи температурного баланса).
4.	Во время выдержки фиксируют показания терпомар в печи, в

центре и на поверхности образца, и визуально регистрируют появление

и продолжительность устойчивого пламенного горения.
30

5.	После завершения тепло¬

вого воздействия держатель с образ¬

цом извлекают из печи, образец ох¬

лаждают в эксикаторе и повторно

взвешивают.
Аналогичным образом испы¬

тывают 5 образцов.
Материал относят к негорю¬

чим, если получены следующие ре¬

зультаты испытаний:
прирост температуры в печи

не более чем на 50°С;
потеря массы образцов не

более 50%;
продолжительность устойчиво¬

го пламенного горения не превышает

Юс.
Если хотя бы один из пере¬

численных критериев не выполняет¬

ся, то материал относится к группе

горючих.
Рис 1.6. Схема установки для определения

группы негорючих материалов (4):
/ - корпус печи с теплоизоляцией, 2* экран,

3* стабилизатор воздушного потока,
4-вытяжнойпатрубок, 5-держатель

образца, б-термопары, 7-канал печи
1.2.2.2.	Метод испытания горючих материалов для

определения их групп горючести (метод — 2) [4]
Метод относится к крупномасштабным, что связано с размерами

установки (шахтной печи) и образцов испытуемого материала.
Его применяют для испытаний всех однородных и слоистых горю¬

чих материалов, в том числе применяемых в качестве отделочных и облицо¬

вочных, а также лакокрасочных покрытий.
Сущность метода заключается в воздействии на образец материала

пламени газовой горелки в течение 10 мин и регистрации параметров, ха¬

рактеризующих его поведение при огневом воздействии.
31

Для испытаний берут 12 образцов. Размеры образцов: 1000x190 мм,

толщиной до 70 мм. Для испытаний их располагают вертикально, складывая

по 4 в виде короба.
Образцы для испытания материалов, применяемых в качестве отде¬

лочных и облицовочных, а также для испытаний лакокрасочных покрытий

изготавливают в сочетании с негорючей основой. Способ крепления дол¬

жен обеспечивать плотный контакт поверхностей материала и основы. В

качестве негорючей основы используют, как правило, асбестоцементные

листы толщиной 10 и 12 мм.
Рис. 1.7. Схема усгановкидля определения

группы горючести для горючих материалов [4]:
1 - вытяжной зонт; 2- дымоход-

3,8 - термопары; 4 - держатель образца;
5-	дверь огневой камеры (печи);
6	- опытный образец; 7 - смотровое окно;
9-корпуспечи; 10-газовая горелка;

П-диафрагма; /2-гаэовыйтрубопровод

13-ветилягор
32

Установка для проведения испытаний представляет собой вертикаль¬

ную печь шахтного типа (рис. 1.7].
Последовательность операций в процессе испытаний следующая.
1.	Взвешивают образцы и прикрепляют их к раме держателя 4.
2.	Вставляют образцы 6 в камеру сжигания 9, закрепляют и закры¬

вают дверцу 5.
3.	Включают вентилятор 13 (включение вентилятора является нача¬

лом испытаний).
4.	Зажигают газовую горелку 10.
5.	С момента начала испытаний в течение 10 мин фиксируют темпе¬

ратуру дымовых газов с помощью термопар 8 и время самостоятельного го¬

рения образца.
6.	После испытаний остывшие образцы извлекают из печи, прово¬

дят измерения длины поврежденной части образцов и взвешивают их.
Результаты испытаний оценивают по данным табл. 1.5.
Таблица 1.5
Классификация материалов по группам горючести
Группа
горючести
материалов
Параметры горючести
Температура

дымовых газов

t,°C
Степень

повреждения

по длине Sl, %
Степень

повреждения по

массе Su, %
Продолжительность

самостоятельного

горения с
Г1
<135
<65
<20
0
Г2
<235
<85
<20
<30
ГЗ
<450
>85
<50
<300
Г4
>450
>85
>50
>300
Примечание. Для материалов групп горючести Г1-ГЗ не допускается

образование горящих капель расплава при испытании.
1.2.2.3.	Метод испытания материалов

на воспламеняемость [5]
Метод применяют для всех однородных и слоистых горючих строи¬

тельных материалов.
Сущность метода состоит в определении параметров воспламеняе¬

мости материала при заданных стандартных уровнях воздействия на повер¬

хность образца лучистого теплового потока и пламени от источника зажи¬

гания, которые определяют на приборе, изображенном на рис. 1.8.
Параметрами воспламеняемости являются КППТП - критическая

поверхностная плотность теплового потока и время воспламенения.
КППТП - минимальное значение поверхностной плотности тепло¬

вого потока (ПГ1ТП), при котором возникает устойчивое пламенное горе¬

ние. КППТП используют д\я классификации материалов по группам воспла¬

меняемости.
3	2473	33

1.2.2.4.	Метод испытания материалов

на распространение пламени [6]
Метод применяют для испытания всех однородных и слоистых го¬

рючих материалов, используемых в поверхностных слоях полов и кровель

зданий.
Сущность метода состоит в определении критической поверхност¬

ной плотности теплового потока (КППТП), величину которого устанавли¬

вают по длине распространения пламени по образцу в результате воздей¬

ствия теплового потока на его поверхность.
Длина распространения пламени (L) - максимальная величина по¬

вреждения поверхности образца в результате распространения пламенного

горения.
Для испытаний изготавливают 5 образцов материала размером

1100 х 250 мм. Для анизотропных материалов изготавливают 2 комплекта об¬

разцов (например, по утку и по основе). Образцы изготавливают в сочетании

с негорючей основой. Способ крепления материала к основе должен соответ¬

ствовать используемому в реальных условиях. В качестве негорючей основы

применяют асбестоцементные листы толщиной 10 или 12 мм. Толщина образца

с негорючей основой должна составлять не более 60 мм.
Испытательная установка (рис. 1.9) состоит из следующих основных
блоков:
испытательной камеры с дымоходом и вытяжным зонтом;
источника лучистого теплового потока (радиационной панели);
источника зажигания (газовой горелки);
держателя образца и устройства для введения держателя в испыта¬

тельную камеру (платформы).
Установку оборудуют приборами для регистрации и измерения тем¬

пературы в испытательной камере и дымоходе.
Порядок испытаний следующий.
1.	После калибровки установки, т.е. после установления требуемых

['ОСТ (6] величин ППТП в заданных точках калибровочного образца и по

его поверхности, а также подготовки ее к работе открывают дверцу каме¬

ры и зажигают газовую горелку, располагая ее так, чтобы расстояние до

экспонируемой поверхности составляло не менее 50 мм.
2.	Устанавливают образец в держатель, фиксируют, помещают их на

платформу и вводят в камеру.
3.	Закрывают дверцу камеры и включают секундомер. После выдер¬

жки в течение 2 мин приводят пламя горелки в контакт с образцом в точке
0,	расположенной на центральной оси. Оставляют факел пламени в этом по¬

ложении в течение 10 мин. По истечении времени горелку возвращают в

исходное положение.
4.	При отсутствии воспламенения образца в течение 10 мин испыта¬

ние считают законченным. В случае воспламенения образца испытание за¬

канчивают при прекращении пламенного горения или по истечении 30 мин
36

Рис 1.9. Схема установки для определения группы распространения пламени по поверхности
материалов[61:
1- испытуемый образец; 2 - электронагревательная панель; 3 - газовая пилотная горелка;
4 -регулировочный вентиль; 5-баллон с пропаном; б-дверца; 7- окно с дефлекторными

пластинами; 8-термопара; 9- потенциометр; 10- вытяжной воздуховод111 - поворотная

заслонка; 12- противень
от начала воздействия на образец газовой горелки путем принудительного

гашения. В процессе испытания фиксируют время воспламенения и продол¬

жительность пламенного горения.
5.	После окончания испытания открывают дверцу камеры, выдвига¬

ют платформу, извлекают образец. Испытания каждого последующего сб-
37

разца проводят после охлаждения держателя образца до комнатной темпе¬

ратуры и проверки соответствия ППТП требованиям ГОСТ [6].
6.	Измеряют длину поврежденной части образца по его продольной

оси для каждого из пяти образцов.
Повреждением считается выгорание и обугливание материала об¬

разца в результате распространения пламенного горения по его поверхно¬

сти. Оплавление, коробление, спекание, вспучивание, усадка, изменение

цвета, формы, нарушение целостности образца (разрывы, сколы поверхно¬

сти) повреждением не считаются.
Длину распространения пламени определяют как среднее арифмети¬

ческое по длине поврежденной части пяти образцов.
Горючие строительные материалы в зависимости от величины

КППТП подразделяют на 4 группы распространения пламени (табл. 1.7).
Таблица 1,7
Классификация материалов по распространению пламени
Группа распространения пламени по материалу [2, 6]
КППТП, кВт/м2
РП1 - нераспространяющие пламя
>11
РП2 - слабораспространяющке пламя
8-11
РПЗ - умереннораспространяющие пламя
5-8
РП4 - снльнораспространяющие пламя
<8
1.2.2.5.	Метод экспериментального определения

коэффициента дымообразования твердых веществ

и материалов [3, 8]
Сущность метода состоит в фотометрической регистрации ослабле¬

ния освещенности при прохождении света через задымленное простран¬

ство.
Определение удельной оптической плотности дыма на единицу по¬

тери массы образца проводят с помощью двухкамерной установки, состо¬

ящей из камеры сгорания (объемом 0,003 м3) и дымовой камеры (объемом
0,51 м3) с измерительной аппаратурой (рис. 1.10).
Для испытания изготовляют не менее 10 образцов 40x40x10 мм. От¬

делочные и облицовочные материалы, а также лакокрасочные и пленочные

покрытия испытывают нанесенными на ту же основу, которая принята в ре¬

альной конструкции.
Испытания проводят в двух режимах: термоокислительного разло¬

жения (тления) и пламенного горения. Первый режим (тления) обеспечива¬

ется при нагревании поверхности образца до температуры 400( + 5)°С при

плотности теплового потока 18(+ 1) кВт/м2. Материалы, более стойкие к

термоокислительной деструкции, испытывают при нагреве до 600°С при

плотности теплового потока 38 (+ 1) кВт/м2. Во всех случаях материалы не

должны самовоспламеняться при испытании.
38

Рис 1.10. Схема установки для определения коэффициента дымообразования материалов [3]:

/-камера сгорания; 2-держательобразца; 3- окно из кварцевого стекла; 4,7-клапаны

продувки; 5-приемник света; 6-камера измерений; 8-кварцевое стекло; 9-источник света;
10-предохранительная мембрана; 11-вентилятор; 12 - направляющий козырек; /3-запальная

горелка; /4-вкладыш; /5-электронагревательнаяпанель
Режим пламенного горения обеспечивается при использовании газо¬

вой горелки и нагревании поверхности образца до температуры 650( +10) °С

при плотности теплового потока 65( + 2) кВт/м2.
Перед проведением испытаний в режиме пламенного горения подго¬

товку проводят в следующей последовательности;
1.	Вставляют в держатель 2 вкладыш с тарировочным (асбестоце¬

ментным) образцом.
2.	Закрывают обе камеры.
3.	Подают на спирали электронагревательной панели 15 напряжение,

а также подают напряжение на спираль, обогревающую защитное стекло 3.
39

4.	После выхода панели на стационарный режим нагрева включают

осветитель 9, измерительный прибор люксметра, вентилятор перемешива¬

ния 11.
5.	Открывают камеру сгорания 1.
6.	Вынимают вкладыш с асбестоцементным образцом.
7.	Зажигают газовую горелку.
8.	Закрывают камеру.
9.	Производят продувку камеры сгорания в течение 1 мин.
10.	Регулируют диафрагмами осветитель, установив освещенность

100 лк и диаметр пучка света, равный диаметру светочувствительной повер¬

хности фотоэлемента 5.
Порядок испытаний состоит в следующем:
1.	Подготовленный образец испытуемого материала устанавливают

во вкладыш.
2.	Открывают дверцу камеры сгорания I, быстро вставляют вкла¬

дыш в держатель 2 образца и закрывают дверцу.
Продолжительность испытания определяют по времени достижения

минимальной освещенности, но не более 15 мин.
При испытании в режиме термоокислительного разложения (тле¬

ния) газовую горелку не зажигают. Порядок проведения испытаний анало¬

гичен порядку, установленному для режима пламенного горения.
В случае самовоспламенения образцов температуру испытания

уменьшают с интервалом 50°С.
Испытывают по 5 образцов материала в каждом режиме.
По результатам каждого испытания в режиме тления и пламенного

горения коэффициентдымообразования, м’/кгвычисляютпоформуле
V	Т
£>=	In-2-,	(1.19)
Lm Тшп
где V - объем дымовой камеры, м3;
L - длина светового луча в задымленной газовой среде, м;

m - масса исследуемого материала, кг;
Г, Т — начальная и минимальная освещенность, соответственно, лк.
Затем отдельно (для режимов тления и пламенного горения) вычис¬

ляют средние арифметические значения пяти измерений. За окончательный

результат принимают наибольшую из двух полученных величин.
По величине коэффициента дымообразования материалы классифи¬

цируются на следующие группы [2, 3] (табл. 1.8).
Таблица 1.8
Классификация материалов по дымообразующей способности
Группа по дымообразующей способности
Коэффициент дымообразования

Dm, м^/кг
Д1 — с малой дымообрузующей способностью
<50
Д2 - с умеренной дымообразующей способностью
50-500
ДЗ - с высокой дымообразующей способностью
>500
40

1.2.2.6. Метод экспериментального определения

показателя токсичности продуктов горения

полимерных материалов [3; 8]
Сущность метода определения показателя токсичности заключает¬

ся в установлении количественной зависимости летального эффекта про¬

дуктов горения от массы материала, отнесенной к единице объема замкну¬

того пространства.
Метод реализуется с помощью экспериментальной установки, изоб¬

раженной на рис. 1.11.
Для испытаний готовят не менее 10 образцов с размерами в плане

60x60 мм и реальной толщиной не более 10 мм.
Как и по методу определения коэффициента дымообразования, ис¬

пытания проводят в двух режимах: термоокислительного разложения и пла¬

менного горения.
В предварительных опытах определяют для каждого материала тем¬

пературный режим, способствующий выделению более токсичных продук¬

тов горения.
Для герметизации камеры 1 (см. рис. 1.11) нагнетают воздух в надув¬

ную прокладку, вставляют в держатель образца 2 вкладыш с контрольным

образцом из асбестоцемента с размерами 60x60x10 мм. На центральном уча¬

стке обогреваемой поверхности образца закрепляют термоэлектрический

преобразователь. Закрывают заслонки 4 переходных рукавов 5, 17 и внут¬

реннюю дверцу предкамеры 9, выводят установку на режим пламенного го¬

рения. После выхода электронагревательной панели 3 на стационарный ре¬

жим открывают заслонки 4 переходных рукавов и дверцу камеры сгорания.

Вынимают вкладыш с контрольным образцом и термопарой, зажигают га¬

зовую горелку.
Устанавливают в держатель вкладыш с образцом исследуемого мате¬

риала. После воспламенения образца газовую горелку немедленно отключают.
Продолжительность горения образца определяют по времени дости¬

жения максимальных значений концентрации СО и С02 в экспозиционной

камере б, 7 или принимают равным 5( + 0,5) мин.
Затем закрывают заслонки 4 переходных рукавов 5, 17 и включают

вентилятор перемешивания 13.
Клетку 10 с животными помещают в предкамеру, наружную дверцу

которой закрывают.
После снижения температуры газов в нижней части экспозицион¬

ной камеры до 30°С открывают внутреннюю дверцу 9 предкамеры и фикси¬

руют время начала экспозиции животных. Экспозицию проводят в течение

30 ( + 0,5) мин при концентрации кислорода не менее 16%. В каждом испы¬

тании используют 10 белых мышей массой по 20( + 2) г.
По истечении времени экспозиции открывают клапан продувки зас¬

лонки переходных рукавов, наружную дверцу предкамеры, включают вен-
41

тилятор и вентилируют установку в течении 10( + 1) мин. Регистрируют чис¬

ло погибших мышей и характерные признаки интоксикации.
Рис. 1.11. Схема экспериментальной установки для определения показателя токсичности

продуктов горения материалов [3|:
/-камерасгорания;2-держательобразца; 3-электронагревательная панель; 4-заслонки;

5,17- переходные рукава; 6 - стационарная секция экспозиционной камеры; 7 - подвижная

секция экспозиционной камеры; 8,14-штуцерьс 9-дверцы предкамер; /0-клеткадля

подопытных животных; 1 1 -предкамера; 12-предохранительная мембрана; 13- вентилятор;

/5-резиноваяпрокладка; )6-клапанпродувки
42

Испытания в режиме термоокислительного разложения (тления)

проводят при температуре 400( + 5)“С, при этом газовую горелку не зажига¬

ют. Материалы, разлагающиеся при более высокой температуре, испытыва¬

ют при температуре 600( + 5)°С (плотность теплового потока 38( + 1) кВт/м2).

В случае самовоспламенения образца температуру испытания уменьшают с

интервалом 50“С.
Критерием выбора режима испытаний служит наибольшее число

летальных исходов в сравниваемых группах подопытных животных. При

определении токсичного эффекта учитывают гибель животных, наступив¬

шую во время экспозиции, а также в течение последующих 14 суток.
В зависимости от состава материала (при анализе их продуктов го¬

рения) определяют количество оксида и диоксида углерода, цианистого во¬

дорода, акрилонитрила, хлористого водорода, бензола, окислов азота, аль¬

дегидов и других веществ.
Полученный ряд значений зависимости летальности от массы мате¬

риала используют для расчета показателя токсичности HCL50, г/м3.
Значение показателя токсичности продуктов горения используют

для сравнительной оценки пожарной опасности полимерных материалов.

По величине указанного показателя их классифицируют на 4 группы

(табл. 1.9).
Таблица 1.9
Классификация материалов по токсичности
Г руппа токсичности
Показатель токсичности #tL.so. г/м3
Т1 - малоопасные
> 120
Т2 - умеренноопасные
40-120
ТЗ - высокоопасные
13^0
Т4 - чрезвычайноопаекые
< 13
Примечание. Числовые значения НС|М приведены для времени

экспозиции — 30 мин.
1.3.КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИХ ПОВЕДЕНИЕ

В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ

СТОЙКОСТИ К ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЮ
Для прогнозирования и регулирования поведения каменных

материалов в условиях пожара необходимо знать их происхождение

(сущность технологии изготовления), состав, структуру, свойства, т.е.

комплекс внутренних факторов, влияющих на поведение материала в

условиях пожара (рис. 1.12). Учитывая, что ряд искусственных каменных

материалов (например, тяжелый бетон) могут представлять собой компози¬

цию из неорганического вяжущего вещества и заполнителя в виде измель¬

ченной горной породы, их поведение в условиях пожара будет зависеть как

от автономного поведения составляющих их компонентов, так и от их вза¬

имодействия. Поэтому представляется целесообразным лишь после озна-

Теоретические основы и общие закономерности

поведения каменных материалов в условиях

пожара
Определяющие факторы
Внешние факторы:
пожара:
эксплуатационные:
температура
область
применения
время
влажность воздуха
огнетушащие
вещества
нагрузки
воздействия
Внутренние факторы:
происхождение
технология изготовления
структура
свойства
Негативные процессы:
Физические:
Химические:
теплоперенос
дегидратация
влагоперенос
диссоциация
тепловое деформирование
накопление дефектов
структурные изменения
изменение свойств
Отрицательные последствия:
ухудшение свойств
разрушение образца
необратимые деформации
Рис. 1.12 Струиурная схема-ключ к изучению, оценке, прогнозированию и регулированию

поведения минеральных (каменных) материалов в условиях пожара и определению области их
применения
44

комления с отдельными простыми материалами и их поведением в условиях

пожара рассмотреть более сложные материалы — конгломераты.
1.3.1.	Особенности состава, строения и свойств

природных каменных материалов
Природные (естественные) каменные материалы получают из недр

земли путем добычи и обработки горных пород, придавая определенную

формуй рациональные размеры, но не изменяя их внутреннего строения,

состава, а, следовательно, и свойств. Горные породы состоят из породооб¬

разующих минералов.
1.3.1.1.	Основные виды породообразующих минералов
Минералами называют неорганические природные вещества. К числу

главных породообразующих минералов относятся кремнезем, глинозем, алю¬

мосиликаты, железисто-магнезиальные силикаты, карбонаты, сульфаты.
Кремнезем — Si02 — встречается в виде кварца, который входит в со¬

став горных пород - гранита, пемзы, кварцевого песка и др. Механические ха¬

рактеристики кварца и других материалов представлены в табл. 1.10.
Кварц способен при повышении температуры претерпевать моди-

фикационные (структурные) изменения (табл. 1.11).
Глинозем - AljOj - встречается в виде корунда. Корунд (табл. 1.10)

имеет высокую температуру плавления — 2020°С и используется для получе-
Таблица 1.10
Физико-механические характеристики некоторых породообразующих
минералов
Материал
Химическая формула
Средняя
плотность
кг/м3
Временное

сопротивление Лс»МПа
Кварц (в-моднфнкацня)
SiCh
2650
2000
Корунд
А1гОз
4000
Полевой шпат
ICjO ALflOj 6SiOj

Na20 AJ2Oj 6Si02

Ca0AJ20j2Si02
2550-2760
120-170
Слюда
K(Mg,Fe)fSiA10]o1fFe2Oib
2760-3200
-
Каолинит
Al2Ch 2Si02 2H20(Fe20j)
2600
Хрнэотиласбест
3 MqO 2 Si02 2H20
3000*
200“
Кальшгг
CaCOj
2700
Гипс
CaS0«2H20
2300
'- временное сопротивление растяжению недеформированных волокон;

временное сопротивление растяжению распушенных волокон.
45

ния высокоогнеупорных материалов. Глинозем встречается в виде химических

соединений с водой, с кремнеземом и другими оксидами, например, диаспор —

моногидрат глинозема А1203-Н20 входит в состав бокситов, используемых как

сырье для производства глиноземистого цемента и алюминия.
Таблица 1.11
Модификационные превращения кварца при нагреве и остывании
Модификация
кварца
3-кварц <-> а-кварц <-> а-трнадимит <-> а-крнстобалит <-> расплав
Температура

превращения, °С
575
870
1470
1710
Плотность, КГ/М'*
2650
2600
2300
2210
Увеличение

объема, %
+2,4
+ 12,7
+4,7
+0,1
Алюмосиликаты — соединения глинозема и кремнезема с другими

веществами образуют в частности полевые шпаты: калиевый полевой шпат,

натриевый полевой шпат, кальциевый полевой шпат (см. табл. 1.10). Они

встречаются в свободном состоянии, а также входят в состав горных пород,

например, гранита, базальта. Применяют полевые шпаты в качестве облицо¬

вочного камня.
Слюды - водные алюмосиликаты, например: калиевая слюда (мус¬

ковит), железисто-магнезиальная слюда (биотит). В результате окисления и

гидратации биотита образовался вермикулит - гидрослюда - при нагрева¬

нии и дегидратации увеличивается в объеме в 18-25 раз. Это свойство

используют при производстве теплоизоляционных материалов, огнезащит¬

ной силикатной краски СКЛ. Каолинит — водный алюмосиликат — основ¬

ной компонент глин.
Железисто-магнезиальные силикаты. Представитель их - оливин,

который преобразовался в серпентинит: одна из его разновидностей —

ризотиласбест — имеет волокнистое строение. Хризотиласбест использу¬

ют в асбестоцементной промышленности и в производстве теплоизоляци¬

онных материалов.
Карбонаты. Важнейший минерал этой группы — кальцит СаС03 яв¬

ляется основой горных пород: известняка, мергеля, мрамора.
Сульфатные минералы (сульфаты). Наиболее распростаненный

представитель - гипс.
1.3.1.2.	Основные виды горных пород
Горными породами называют природные композиции минералов

приблизительно постоянного минералогического и химического составов,

образующие самостоятельные геологические тела, составляющие земную

кору.
Различают мономинеральные горные породы — из одного минерала

и полиминеральные горные породы - из нескольких минералов. По геоло¬
46

гическому происхождению горные породы делятся на три группы: первич¬

ные или изверженные, вторичные или осадочные, метаморфические. Эти

группы делятся на ряд подгрупп.
Изверженные горные породы (гранит, базальт и др.) образовались в

результате вулканической деятельности из застывшей магмы. Гранит — это

полиминеральная горная порода, состоящая из калиевого полевого шпата
40...70%, кварца 20...40%, слюды 5.„20%.
Физико-механические характеристики гранита и других горных по¬

род представлены в табл. 1.12.
Таблица 1.12
Физико-механические характеристики горных пород
Горная порода
Объемная

масса, хт/м*
Временное сопротивле¬

ние Rc, МПа
Состав
Гранит
2600-2700
100-300
Полевой шпат,кварц,слюда
Базальт
2700-3300
260
Полевой пшат, оливин
Пемза
400-1400
2
Кремнезем, глинозем
Вулканический туф
750-1350
8-19
Мономинеральная порода
Известняк
1700-2600
8-100
Кальций
Мрамор
2600-2800
120-300
Кальций
Базальт состоит из полевых шпатов — до 50%, оливина и небольших

вкраплений вулканического стекла.
При извержениях вулканов вместе с расплавленной магмой выбра¬

сывается большое количество рыхлого и порошкообразного материала —

обломочные породы, которые в свою очередь делятся на рыхлые - вулка¬

нический пепел, пемза, перлит и уплотненные - вулканический туф.
Пемза — (пористость до 80%) состоит из кремнезема до 70% и гли¬

нозема до 15%.
Перлит состоит из кремнезема. При нагреве до 1000-1200°С увеличи¬

вается в объеме в 10-20 раз, в связи с чем применяют для теплоизоляцион¬

ных материалов.
Вулканический туф образовался в результате уплотнения вулкани¬

ческого пепла (П = 40-70%, X = 0,21...0,33 Вт/м °С).
Осадочные горные породы образовались в результате разрушения

первичных горных пород: глины, песка, гравия, песчанника, гипса,

известкового туфа, мела, мергеля.
Глина образовалась из калиевого полевого шпата.Она состоит из

каолинита с примесями.
Песок образовался в результате разрушения различных горных
пород.
Гипс — горная порода, состоящая из минерала того же названия.
Известняк — мономинеральная горная порода, состоящая главным

образом из кальцита CaCOj.
47

Мергели - природная смесь известняка и глины - готовое сырье

для производства портландцемента (содержит 50-80% СаС03 и МдС03, от 20

до 50% глин).
Метаморфические горные породы образовались в результате изме¬

нений изверженных и осадочных горных пород под высокими давлениями

и температурами, имеют высокую объемную массу и прочность, например,

мрамор, образовавшийся из известняков.
Достоинствами природных каменных материалов являются высокая

прочность (см. табл. 1.12), долговечность, водостойкость и морозостой¬

кость, хорошие декоративные качества. К недостаткам можно отнести

малое временное сопротивление растяжению и изгибу, большая объемная

масса. Указанные качества определяют область применения природных

каменных материалов в строительстве.
1.3.2.	Основные виды искусственных каменных

материалов, их характеристики и особенности
Искусственные каменные материалы бывают безобжиговые и полу¬

чаемые обжигом. Первые (бетоны, асбестоцемент, силикатные материалы)

изготовляют соединением минерального вяжущего вещества с водой и за¬

полнителем из природных каменных материалов в процессе соответствую¬

щей технологической обработки (механической, тепловой, влажностной).

Вторые получают путем обжига сырья из природных каменных материа¬

лов при высоких температурах (керамические) либо нагрева сырья до рас¬

плавления (каменное литье, минеральные расплавы) с последующим охлаж¬

дением, сопровождающимся их затвердеванием.
В целях понимания поведения первой группы материалов в услови¬

ях пожара ознакомимся с вяжущими веществами.
1.3.2.1.	Основные сведения о неорганических вяжущих

веществах
Неорганические (минеральные) вяжущие вещества делят на две

основные группы:
воздушные вяжущие — вещества способные твердеть после соеди¬

нения с водой и сохранять прочность только на воздухе, например: гипс,

воздушная известь, жидкое стекло;
гидравлические вяжущие - вещества, способные после соединения

с водой твердеть и сохранять прочность на воздухе и в воде: портландце¬

мент и его разновидности, глиноземистый цемент, гидравлическая известь

и др.
В некоторых специальных случаях рассматривают третью группу -

кислотостойкие вяжущие - вещества, способные твердеть и сохранять свою

прочность после твердения не только на воздухе или в воде, но и в

агрессивной среде.
48

Неорганические вяжущие получают путем обжига горных пород и

последующего измельчения после охлаждения.
Воздушная известь - продукт умеренного обжига карбонатных

горных пород — известняков, мела. При обжиге сырье диссоциирует по ре¬

акции
СаС03 + 177,7 кДж = СаО + СО,
Температура обжига (теоретическая) равна 910°С; на практике —
1000... 1200“С, т.к. необходимо исключить обратное протекание реакции.

Полученный оксид кальция называют негашеной известью (комовой, изве-

стью-кипелкой). Комки имеют крупно-пористую структуру, поскольку вы¬

делившийся СО, составляет 44% массы исходного материала, а уменьшение

объема за счет усадки происходит всего на 14%.
С момента затворения водой СаО происходит ее гидратация

(гашение):
СаО + Н,0 = Са(ОН)2 + 65,2 кДж
Са(ОН)2 в процессе эксплуатации реагирует с СО, из воздуха, про¬

исходит процесс карбонизации по реакции
Са(ОН), + СО, = СаС03 + Н,0
Образующиеся при этом кристаллы СаСО, срастаются с кристалла¬

ми Са(ОН),, что уплотняет и упрочняет известковый раствор. Известь при¬

меняют в основном для приготовления строительных растворов, т.е. в сме¬

си с песком или другими заполнителями, поскольку чистый известковый

раствор при высыхании и твердении растрескивается из-за большой усадки.

Известково-песчаные растворы через 28 суток (нормативный срок тверде¬

ния) имеют невысокую прочность: R. = 2...3 Мпа. Известь входит в состав

строительных растворов для кладки наземных сооружений и штукатурных

работ, ее используют при производстве силикатного кирпича и других си¬

ликатных материалов, а также в качестве связующего вещества для извест¬

ковых огнезащитных обмазок.
Строительный гипс (алебастр) получают путем термической обра¬

ботки гипсового камня, состоящего в основном из минерала гипса

CaS0(-2H,0.
Природный гипс вяжущими свойствами не обладает. Однако при на¬

гревании выше 70°С (в производственных условиях нагревают до 110-180“С)

происходит его дегидратация с образованием полуводного гипса, обладаю¬

щего вяжущими свойствами,
CaS04-2H,0 = CaS040,5H,0 + 1,5Н,0.
Получаемый полуводный гипс CaSO( 0,5H,0 носит название строи¬

тельного гипса. При затворении строительного гипса водой в количестве 60-

70% (по массе) образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает,

переходит в камневидное состояние с постепенным нарастанием прочнос¬

ти (Rc = 5,5 МПа через 1,5 часа), в дальнейшем сопротивление гипса сжа¬

тию возрастает до 25 МПа. С момента затворения строительного гипса во¬

дой идет реакция гидратации
CaSO(0,5H,0 + 1,5Н,0 = CaS04-2H,0.
49

В связи с высокой пористостью гипсовый камень обладает доволь¬

но низкой теплопроводностью, его используют в качестве теплоизоляцион¬

ного материала, в штукатурных растворах, для производства панелей и бло¬

ков для перегородок, стен, вентиляционных коробов, гипсокартонных и

гипсоволокнистых листов.
Наиболее широко применяемым в строительстве гидравлическим

вяжущим веществом является портландцемент. Его производят порядка 60-

65% от всех вяжущих.
Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество —

продукт тонкого измельчения клинкера, который получают в результате

обжига до спекания сырьевой массы, обеспечивающей преобладание в

клинкере силикатов кальция.
В качестве идеального сырья для получения портландцемента слу¬

жат мергели. Однако в природе их немного, поэтому сырьевую смесь со¬

ставляют из двух и более компонентов - из известняков, мела и глины (ка¬

олинит), т.е. осадочных горных пород, содержащих кремнезем Si02, глино¬

зем А1203 и оксид железа Fe203; соотношение в сырьевой массе: известняк

(мел) СаС03 - 75—78%; глина - 2 SiO, Al203-2H20(Fe203) - 25—22%.
Основным процессом данной технологии является обжиг сырьевой

смеси в печах, в которых происходит следующее:
1.	Поступающий в печь шлам (физический раствор сырьевой смеси

в воде) подсушивается и нагревается.
2.	При температурах 500-800 °С удаляется химически связанная вода,

при этом глина распадается на составляющие элементы
2Si02- Al203-2H20(Fe20,) = 2Si03 + А120, + Fe203 + 2H20, образую¬

щаяся при этом вода испаряется и удаляется из печи.
3.	При 910“С происходит диссоциация известняка по реакции
СаС03 = СаО + С02
4.	Образующийся углекислый газ вместе с продуктами горения уда¬

ляется из печи, а СаО вступает в химическое взаимодействие с продуктами

распада каолинита при температуре 1200°С. При этом последовательно об¬

разуются следующие химические соединения:
четырехкальциевый алюмоферрит:
4СаО + А1,03 + Fa203 = 4СаО • А1203 • Fe,03;
трехкальциевый алюминат
ЗСаО + А1203 = ЗСаО • А1,03
двухкальцевый силикат
2СаО + SiO, = 2СаО SiO,.
При температуре порядка 1300°С эти реакции заканчиваются и об¬

жиговая масса состоит полностью из указанных минералов, а также избыт¬

ка свободной извести СаО.
5.	При температуре свыше 1300°С четырехкальциевый алюмоферрит

и трехкальциевый алюминат расплавляются и образуют жидкость, в кото¬

рой двухкальциевый силикат и оксид кальция, частично растворяясь, реа¬

гируют по схеме:
50

2СаО + Si02 + CaO = ЗСаО • SiO,.
В результате реакции образуется трехкальциевый силикат.

Максимальная температура обжига достигает 1450... 1500°С. При

этом материал спекается, образуя клинкер в виде кусочков размером

(4...30) мм, который охлаждают в специальном холодильнике (с целью обес¬

печения лучшего качества цемента).
После затворения цемента водой происходит вначале растворение

клинкерных минералов с последующим образованием гидратных

соединений:
2Ca0Si02-4H20; Са(ОН),; ЗСаОА12036Н20; 3CaOAl203Fe20,-6H20.

Добавка двуводного гипса замедляет схватывание теста за счет об¬

разования труднорастворимого гидросульфоалюмината кальция

3Ca0Al203Fe20,6H20.
За периодом схватывания следует период твердения с постепенным

нарастанием прочности, продолжающийся длительное время (годами).
В твердеющем цементном камне различают три основные структуры:

кристаллический сросток, состоящий из кристаллогидроксидов: гид¬

росульфоалюмината кальция, гидроксида кальция и гидроалюминатов

кальция;
гель (аморфная масса), образованный субмикрокристаллами гидро¬

силикатов кальция, удерживающими межплоскостную и приточную воду

(адсорбционную);
не до конца гидратированные зерна исходного цемента.

Дальнейший рост прочности цементного камня обусловлен в неко¬

торой степени карбонизацией его поверхностных слоев, происходящей под

действием углекислого газа из воздуха на Са(ОН)2.
Механические свойства портландцемента характеризуются времен¬

ным сопротивлением сжатию и изгибу образцов-балочек (4x4x16) см из

пластичного раствора: цемент, песок 1:3, при водоцементном отношении 0,4

в возрасте 28 суток (марка портландцемента). Объемная масса цемента в

рыхлом состоянии = 1100...1900 кг/м5.
В настоящее время портландцемент широко применяют для произ¬

водства бетонных и железобетонных конструкций, а также строительных

растворов и асбестоцемента.
1.3.2.2.	Бетон
Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в резуль¬

тате затвердевания смеси вяжущего вещества, воды и заполнителя (мелко¬

го — кварцевого песка и крупного — из горных пород, либо отходов про¬

мышленности).
Бетоны классифицируются по ряду признаков:

основному назначению - конструкционные, специальные;

по виду вяжущего - на основе цементных, силикатных, шлаковых и

других вяжущих;
51

по виду заполнителей • на плотных, пористых, специальных запол¬

нителях;
по структуре • плотной, крупнопористой, поризованной,

ячеистой.
Для удобства введены сокращенные наименования основных видов
бетона:
тяжелый бетон - плотной структуры, на цементном вяжущем и плот¬

ных крупных и мелких заполнителях;
легкий бетон - на цементном вяжущем, пористом крупном и порис¬

том или плотном мелком заполнителе.
Существуют также специальные виды бетонов;

жаростойкие - предназначены для использования в конструкциях,

эксплуатирующихся при t>200°C;
химически стойкие - используемые в условиях агрессивных сред;

напрягающие(на основе напрягающего цемента) - предназначены

для создания предварительного напряжения в конструкциях;
радиационно-защитные большой массы - применяемые для биологи¬

ческой защиты от излучений;
бетонополимеры, представляющие собой обычные бетоны, пропи¬

танные полимерами или мономерами;
полимербетоны, в которых в качестве связующего используют по¬

лимеры, обладающие повышенной прочностью, особенно на растяжение

высокой химической стойкостью и т.п.
По средней плотности(О) бетоны классифицируются на:

особо тяжелые - со средней плотностью более 2500 кг/м3;

тяжелые - со средней плотностью 2200-2500 кг/м3;

облегченные - со средней плотностью 1800-2200 кг/м3;

легкие - со средней плотностью 500-1800 кг/м3;
Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из кото¬

рых являются: время и условия твердения; вид напряженного состояния;

формы и размеры образцов, длительность нагружения.
Классом бетона по прочности на осевое сжатие В(МПа) называется

временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150мм,

испытанных через 28 дней хранения при температуре 20 ± 2°С по ГОСТу с

учетом статической изменчивости прочности.
Кубиковая прочность R - временоое сопротивление сжатию бе¬

тонных кубов с размером ребра 150 мм. Чем меньше размер куба, тем

больше его прочность. Прочность для куба с ребром 100 мм - 1.12R, для

куба с ребром 200 мм - 0.93R.
Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов

является призменная прочность - временное сопротивление осевому

сжатию бетонных призм, имеющих высоту 600мм и размер сторон ос¬

нования 150 мм х 150 мм.
52
\

Класс бетона по прочности на осевое растяжение В устанавли¬

вают для конструкций, работающих преимущественно на растяжение

(резервуары, водонапорные трубы и т.п.).
Показателями качества бетона также являются:

проектные марки по морозостойкости F50-F500;

марки по водонепроницаемости W2- WI2;

марки по самонапряжению Sp.
Среднее значение коэффициента теплопроводности тяжелых бето¬

нов Я = 1,7 Вт/м °С, легких и ячеистых: Я = 0,16...0,64 Вт/м °С.
Бетон применяют при производстве сборных и монолитных железо¬

бетонных конструкций.
1.3.2.3.	Асбестоцемент
Асбестоцемент изготовляют в виде изделий, в основном плоских,

волнистых прессованных и непрессованных листов и труб. В его состав

входит асбест в пределах 10...20% по массе, портландцемент - 80.„90% и

большое количество воды. Изделия изготовляют на специальной листофор¬

мовочной машине, обеспечивающей слоистую структуру изделия и посте¬

пенное непрерывное их уплотнение. Благодаря такой обработке изделия

обладают в 10.„20 раз выше прочностью при изгибе, чем цементный камень

(30.„50 МПа). Листы применяют в основном для изготовления слоистых ог¬

раждающих конструкций, перегородок, кровли.
1.3.2.4.	Силикатные материалы автоклавного твердения
Учитывая, что при твердении на воздухе воздушная известь приоб¬

ретает малую прочность и легко разрушается под действием воды, в вяжу¬

щее добавляют кварцевый песок и твердение его осуществляют в автокла¬

ве (герметичном сосуде) при температуре свыше 170°С, избыточном давле¬

нии более 0,8 МПа и 100% влажности воздуха. При этом идет реакция

Са(ОН), + Si02 + (n + 1)НгО = Ca0-Si02 пН20.
В результате получают гидросиликат кальция - прочное и водо¬

стойкое вещество. На силикатном связующем изготовляют силикатобетон,

силикатный кирпич и другие материалы, которые по прочности практичес¬

ки не уступают бетону на портландцементе и керамическому (глиняному

обыкновенному) кирпичу, соответственно.
1.3.2.5.	Керамические материалы и минеральные

расплавы.
Керамические материалы получают путем обжига глин до темпера¬

тур 900„.1300“С. В процессе обжига происходят физико-химические про¬

цессы, приводящие к упрочению материала. Основным материалом, приме¬

няемым в строительстве, являются кирпич глиняный обыкновенный —
53

применяют для кладки вертикальных строительных конструкций, керами¬

ческие плитки — для полов и кровли, фарфор и фаянс — для сантехничес¬

ких изделий.
Минеральные расплавы получают путем нагрева природных камен¬

ных материалов до температуры плавления и последующего остывания (в

форме). Так получают кварцевое стекло, стекловату (путем продувки рас¬

плавленной массы горячим воздухом), минеральную вату. Керамические

материалы обладают высокой прочностью и долговечностью.
1.3.3.	Общие закономерности и специфические

особенности поведения каменных материалов

в условиях пожара
Изучением поведения каменных материалов в условиях пожара за¬

нимались в течение нескольких десятилетий многие исследователи нашей

страны.
На основе анализа и обобщения результатов исследований отече¬

ственных ученых К.Д.Некрасова, А.Ф.Милованова, В.В.Жукова, М.Я.Ройт-

мана, Н.И.Зенкова, В.М.Ройтмана, Е.А.Мешалкина можно выявить общие

закономерности поведения каменных материалов в условиях пожара (см.

рис. 1.12, который является частным случаем общей схемы, показанной на

рис. 1.1). Согласно этой схеме на влажный капиллярно-пористый каменный

материал (характеризуемый внутренними факторами), находящийся в усло¬

виях эксплуатации в течение определенного времени (под негативным воз¬

действием внешних эксплуатационных факторов), действуют агрессивные

факторы пожара. В результате их действия в материале происходят негатив¬

ные процессы, приводящие к отрицательным последствиям.
Характер поведения каменных материалов в условиях пожара в

принципе одинаков для всех материалов, отличаются лишь количественные

п жазатели. Специфические особенности обусловлены действием лишь

внутренних факторов, присущих анализируемому материалу (при анализе

поведения материалов в идентичных условиях действия внешних факторов).

Рассмотрим характерные особенности, присущие поведению охарактеризо¬

ванных в разделах 1.3.1, 1.3.2 видов материалов в условиях пожара.
1.3.3.1.	Особенности поведения природных каменных

материалов в условиях пожара
Мономинеральные горные породы (гипс, известняк, мрамор и др.)

при нагреве ведут себя более спокойно, чем полиминеральные. Они претер¬

певают в начале свободное тепловое расширение, освобождаясь от физи¬

чески связанной влаги в порах материала. Это не приводит, как правило, к

снижению прочности и даже может наблюдаться ее рост при спокойном

удалении свободной влаги. Затем в результате действия химических процес¬

сов дегидратации (если материал содержит химически связанную влагу) и

диссоциации материал претерпевает постепенное разрушение (снижение

прочности практически до нуля).
Полиминеральные горные породы ведут себя в основном аналогич¬

но мономинеральным, за исключением того, что при нагреве возникают

значительные напряжения, обусловленные различными величинами коэф¬

фициентов теплового расширения у компонентов, входящих в состав гор¬

ной породы. Это приводит к разрушению (снижению прочности) материа¬

ла.
Проиллюстрируем особенности поведения мономинеральных и по-

лиминеральных горных пород при нагреве на примере двух материалов: из¬

вестняка и гранита.
Известняк — мономинеральная горная порода, состоящая из мине¬

рала кальцита СаС03. Нагревание кальцита до 600 °С не вызывает значи¬

тельных изменений минерала, а сопровождается лишь его равномерным

расширением. Выше 600 °С (теоретическая температура 910 “С) начинается

диссоциация кальцита по реакции СаС03 = СаО + СО,, в результате кото¬

рой образуются углекислый газ (до 44% по массе от исходного материала)

и рыхлый низкопрочный оксид кальция, что вызывает необратимое сниже¬

ние прочности известняка. При испытании материала при нагреве, а также

после нагрева и остывания в ненагруженном состоянии. Н.И.Зенковым [9]

было установлено, что при нагревании известняка до 600°С происходит уве¬

личение его прочности на 78% в связи с удалением физически связанной

(свободной) влаги из микропор материала. Затем прочность снижается: при

800°С она достигает первоначальной, а при 1000“С прочность составляет

всего 20% от начальной (до нагрева, рис. 1.13).
Следует иметь в виду, что в процессе охлаждения большинства ма¬

териалов после высокотемпературного нагрева продолжается изменение

(чаще — снижение) прочности. Снижение прочности известняка до перво¬

начальной происходит после нагрева до 700“С с последующим остыванием

(в горячем состоянии до 800°С).
Поскольку процесс диссоциации СаС03 протекает со значительным

поглощением тепла (178,5 кДж/кг), и образующийся при этом пористый ок¬

сид кальция обладает малой теплопроводностью, слой СаО создает на по¬

верхности материала теплозащитный барьер, несколько замедляющий даль¬

нейший прогрев известняка вглубь.
При контакте с водой при тушении пожара (либо влагой из воздуха

после остывания материала) происходит повторно реакция гидратации об¬

разовавшейся при высокотемпературном нагреве негашеной извести СаО.

Причем эта реакция протекает с остывшей известью
СаО + Н20 = Са(ОН)2 + 65,1 кДж.
Образующийся при этом гидроксид кальция увеличивается в объе¬

ме и является очень рыхлым и непрочным материалом, который легко раз¬

рушается.
55

О	400	800
Температура f, °С
Рис 1.13. Изменение относительной прочности известяка при нагревании в

ненагруженном состоянии:
1 - в горячем состоянии: 2- после остывания; 3-лэнные МЛ. Ройтмана - изменения прочности

известняка после нагрева и остывания [9]
Рассмотрим теперь поведение гранита при нагревании. Поскольку

гранит — полиминеральная горная порода, состоящая из полевого шпата

кварца и слюды, его поведение в условиях пожара будет во многом опреде¬

ляться поведением этих компонентов. Установлено, что график зависимос¬

ти коэффициента изменения прочности гранита от температуры можно ус¬

ловно разделить на несколько участков, отражающих характер проходя¬

щих в граните процессов (рис. 1.14).
1.	После нагревания гранита до 200°С и последующего остывания

наблюдается увеличение прочности на 60%, связанное со снятием внутрен¬

них напряжений, возникших в период образования гранита в результате не¬

равномерного охлаждения расплавленной магмы, и разницы величины ко¬

эффициентов температурного расширения минералов, составляющих гра¬

нит. Кроме того, увеличение прочности в некоторой степени, видимо, тах-

же обусловлено удалением свободной влаги из микропор гранита.
2.	При температуре выше 200°С начинается постепенное снижение

прочности, которое объясняется возникновением новых внутренних напря¬

жений, связанных с различием коэффициентов термического расширения

минералов.
56

Температура t, °С
Рис 1.14. Изменение относительной прочности гранита после нагрева до заданных температур

в ненагруженном состоянии и последующего остывания:
—после одночасового нагрева; —после восьмичасового нагрева [9]
3.	Уже значительное снижение прочности гранита наступает выше

575°С из-за изменения объема кварца, претерпевающего модификационное

превращение (/5-кварц в а-кварц). При этом в граните невооруженным гла¬

зом можно обнаружить образование трещин. Однако суммарная прочность

гранита в рассмотренном температурном интервале еще остается высокой:

при 630°С предел прочности гранита равен начальному значению.
4.	В диапазоне температур 750...800°С и выше продолжается сниже¬

ние прочности гранита за счет дегидратации и диссоциации минералов по¬

левого шпата и слюды, а также модификационного превращения кварца

из а-кварца в а-тридимит при 870°С. При этом в граните образуются более

глубокие трещины. Предел прочности гранита при 800°С составляет всего

35% от первоначального значения. Установлено, что скорость прогрева ока¬

зывает влияние на изменение прочности гранита. Так, при быстром (одно¬

часовом) нагреве прочность его начинает снижаться после 200°С, в то вре¬

мя как после медленного (восьмичасового) — лишь с 350°С.
5.	Таким образом, можно сделать вывод, что известняк (мономине-

ральная горная порода) является более стойким к нагреванию материалом,

чем гранит (полиминеральная порода). Известняк практически полностью

сохраняет свою прочность после нагревания до 700°С, гранит — до 630°С и

последующего остывания. Кроме того, известняк претерпевает значитель¬

но меньшее температурное расширение, чем гранит. Это важно учитывать
57

при оценке поведения искусственных каменных материалов в условиях по¬

жара, в которые гранит и известняк входят в качестве заполнителей, напри¬

мер, бетона. Также следует учитывать, что после прогрева до высоких тем¬

ператур и последующего остывания природных каменных материалов их

прочность не восстанавливается.
1.3.3.2.	Особенности поведения неорганических

вяжущих веществ при нагревании
При пожаре в неорганических вяжущих веществах происходят в ос¬

новном те же процессы, которые имели место при их получении из исход¬

ного сырья (природных каменных материалов) путем варки либо обжига

при высоких температурах. Эти процессы приводят в итоге к снижению

прочности в результате разрушения материалов [9].
Как известно, известь в чистом виде в строительстве не применяют.

Однако, чтобы лучше понять, как будут вести себя в условиях пожара ма¬

териалы на основе извести, рассмотрим поведение при нагревании чистого

известкового камня. При его нагреве происходят следующие процессы: уда¬

ление свободной воды (до температуры 150...200°С) приводит к некоторому

повышению прочности; дегидратация гидроксида кальция при 430-580°С;

диссоциация карбоната кальция (выше 600°С) приводит к ее снижению:
Са(ОН)2 = СаО + Н20;
СаС03 = СаО + С02.
Образование при этом поверхностного слоя из оксида кальция, об¬

ладающего более низкой теплопроводностью, чем (СаС03), несколько за¬

держивает прогрев известкового камня и замедляет снижение прочности.

Однако, вторичное гашение СаО в период охлаждения при соединении его

с влагой воздуха и при тушении пожара водой является причиной интенсив¬

ного растрескивания известкового камня и приводит к полной потере проч¬

ности.
При анализе поведения в условиях пожара материалов и изделий на

основе воздушной извести необходимо учитывать влияние других компо¬

нентов, в частности, кварцевого песка. Изменяя модификацию кварца при

575°С, кварцевый песок расширяется (+ 2,4%), а известковый камень претер¬

певает усадку. Это ведет к возникновению внутренних напряжений и к сни¬

жению прочности.
У затвердевшего гипсового вяжущего при нагреве выше 65“С уже

начинается процесс его дегидратации по реакции
CaS0;2H2O = CaS04-0,5H,0 + 1,5 Н20.
Прочность при этом снижается более чем в 2 раза (рис. 1.15).
Около 400“С заканчивается дегидратация гипса
CaSO,- 0,5Н20 = CaSO( + 0,5Н20.
Прочность теряется практически плотностью. Выше 900°С распада¬

ется ангидрид по реакции диссоциации
2CaSO, = 2СаО + 2SO, + О,,
4	4	2'
58

что снижает прочность гипса до нуля.
При нагреве портландцементного камня до 100... 150°С прочность

может несколько снижаться, т.к. нагревающаяся в порах материала вода

расширяется и оказывает дополнительное давление на их стенки, что при¬

водит к возникновению внутренних напряжений в материале, снижающих

его прочность (рис. 1.15). При 200-300 °С (рис. 1.15) прочность несколько
Температура t, °С
Рис.1.15. Изменение относительной прочности гипсового камня при нагревании в

ненагруженном состоянии [9]
увеличивается благодаря уплотнению структуры, вследствие удаления сво¬

бодной воды из пор геля двухкальциевого силиката, и в результате ускорен¬

ного завершения кристаллизации гидроксида кальция (рис. 1.16). Выше
200...300|,С происходит накопление дефектов структуры, т.к. деформации

гелеобразной части цементного камня и непрореагировавших с водой зерен

портландцемента неодинаковы по знаку. Поэтому прочность камня начина¬

ет снижаться. С 240°С также начинается процесс дегидратации трехкальци¬

евого гидроалюмината (ЗСаОАЦ036Н30), а при 490-580“С - гидроксида

кальция Са(ОН)2. Дегидратация клинкерных минералов портландцемента

происходит в диапазоне 240-1000°С, что приводит к снижению прочности

затвердевшего портландцементного камня.
На рис. 1.17 отражена деформативность цементного камня при на¬

греве. До 300“С он претерпевает положительные деформации, что можно

объяснить температурным расширением, а до 100... 150°С - и расширением
59

Температура t, °С
Рис. 1.16. Изменение относительной прочности сухого портландцементного камня при

нагревании в ненагруженном состоянии [9)
Температура t, °С

Рис. 1.17. Изменение относительной деформации цементного камня при нагревании в

ненагруженном состоянии {9]

влаги в его порах. Затем материал претерпевает усадку (отрицательные де¬

формации — сжатия) из-за удаления всех видов влаги из цементного камня.
1.3.3.3.	Особенности поведения искусственных

каменных материалов при нагревании
Поскольку бетон является композиционным материалом, его пове¬

дение при нагреве зависит от поведения цементного камня, заполнителя и

их взаимодействия. Выше были рассмотрены в отдельности поведение при

нагреве цементного камня, природных каменных материалов, осталось

лишь добавить особенности взаимодействия компонентов бетона при

нагреве. Одна из особенностей — химическое соединение при нагреве до

200°С гидроксида кальция с кремнеземом кварцевого песка (этому

способствуют условия, аналогичные тем, что создают в автоклаве для

быстрого твердения бетона: повышенное давление, температура, влажность

воздуха). В результате такого соединения образуется дополнительное

количество гидросиликатов кальция. Кроме того, при этих же условиях

происходит дополнительная гидратация клинкерных минералов цементного

камня. Все это способствует некоторому повышению прочности (рис. 1.18,

а, кривая 1).
Температура t. °С
а
Температура t. °С

б
Рис 1.18. Изменение временного сопротивления сжатию различных видов бетона в нагретом

состоянии (а - без нагрузки, б * после нагрева и остывания без нагрузки):
1 - тяжелый бетон; 2 - легкий бетон с заполнителем из шлаковой пемзы; 3 - легкий бетон с

заполнителем из керамзитового гравия; 4- перлитобетон; 5-газозолобетон;
6	- пенокерамзитобетон; 7 - пенобетон с заполнителем из шлаковой пемзы (9)
При нагреве бетона выше 200°С возникают противоположно на¬

правленные деформации претерпевающего усадку вяжущего и расширяю¬

щегося заполнителя, что снижает прочность бетона (рис. 1.19) наряду с де-
61

Линейные деформации е,%
200 400 600 800 1000 1200

Температура f, °С
структивными процессами, происхо¬

дящими в вяжущем и заполнителе.

Расширяющаяся влага при температу¬

рах от 20 до 100”С давит на стенки пор

и фазовый переход воды в пар также

повышает давление в порах бетона

(см. тему 1), что приводит к возник¬

новению напряженного состояния,

снижающего прочность. По мере

удаления свободной воды

прочность бетона может возрастать

(рис. 1.20). При прогреве образцов

бетона, заранее высушенных в су¬

шильном шкафу при температуре
Риг. 1.19. Изменение относительных деформаций

компонентов бетона при нагревании в

ненагруженном состоянии;
I - вяжущего цементного камня; 2-тажелого

заполнителя - фанта, кварцевого песка,

песчаника; 3 - легкого заполнителя - шамста,

доменного шлака [9]
еГ я
л
б
0
1
I
200
400
600
800
Температура t, °С
Рис 1.20. Изменение относительной прочности бетона на портландцементе при нагреве в

ненагруженном состоянии:
1	- испытание при равновесном начальном влагосоде ржании,' 2 * испытание после сушки при

105-110*С до постоянной массы [ 101
62

105... 110°С до постоянной массы, физически связанная вода отсутствует,

поэтому такого резкого снижения прочности в начале нагрева не наблюда¬

ется (см. рис. 1.20).
При остывании бетонов после нагрева прочность, как правило,

практически соответствует прочности при той максимальной температуре,

до которой образцы были нагреты. У отдельных видов бетона она несколь¬

ко снижается при остывании за счет более длительного нахождения мате¬

риала в нагретом состоянии, что способствовало более глубокому протека¬

нию в нем негативных процессов (см. рис. 1.18, б),
Деформативность бетона по мере прогрева увеличивается за счет

увеличения его пластичности (рис. 1.21).
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Относительная деформация £,%
Рис. 1.21. Диаграмма деформаций тяжелого бетона В 60 при нагреве до различных температур в

ненапряженном состоянии [ 10)
Мы рассмотрели изменение прочности бетона при нагревании в не¬

нагруженном состоянии, что не характерно для работы несущих конструк¬

ций. Поэтому, начиная с 70-х годов во ВНИИПО МВД РФ проводят испы¬

тания при нагреве нагруженных образцов бетона. При этом измеряют вели¬

чины относительных суммарных деформаций (свободного расширения и

сжатия под действием внешней нагрузки) и температуру (критическую),

при которой происходит разрушение (утрата целостности) образца. На рис.
1.22 показан характер роста деформаций по мере нагрева образцов бетона

при различных величинах, относительных напряжений от внешней нагрузки
63

Деформация окатя £,%
где о — напряжение от внешней нагрузки, МПа;
Rm — временное сопротивление бетона сжатию при температур!
20°С, МПа.
Как видно на рис. 1.22, m

мере повышения нагрузки умень

шаются деформации расширения i

увеличиваются деформации ежа

тия, а разрушение (утрата целост

ности) образцов происходит npi

меньших температурах и деформа

циях, чем при малых нагрузках.
По результатам таких ис

пытаний строят графики зависи

мости температуры (критичес

кой), при которой произошла ут

рата целостности образца, от вели

чины относительной нагрузки н<

него при огневом испытании

Строят их так, как показано н;

рис. 1.23, называя величину (у,

относительной прочностью, лйбе

коэффициентом изменения проч

ности бетона при нагреве. Этг.
Температура f, °С

Рис. 1.22. Изменение относительных

деформаций тяжелого бетона В 30 с гранитным

заполнителем при нагреве в нагруженном

состоянии:
/ - уБ=0; 2 - уБ = 0,3; 3 - у6 = 0,5; 4 - уБ = 0,8 [ 10)
Критическая температура t, °С
Рис 1.23. Изменение относительной прочности тяжелого бетона класса В 30 по прочности с

гранитным заполнителем при нагреве в нагруженном состоянии [ Ю|
64

величина всегда меньше единицы (по физическому смыслу - относитель¬

ное напряжение от внешней нагрузки). Методика таких испытаний не по¬

зволяет зафиксировать увеличение прочности материала в начале нагрева,

даже если оно и имеет место. Так, на рис. 1.23 по результатам опытов

построен график в диапазоне температур от 550 до 820°С, т.к. величина от¬

носительного напряжения [уй ) в опытах изменялась в интервале от 0,3 до
0,7. Участок (/„„„) от 0,7 до 1 соединен произвольно (экстрополирован) ги¬

потетической пунктирной линией.
Из рис. 1.23 видно, что, чем выше относительная нагрузка на обра¬

зец, тем при меньшей критической температуре он разрушится. По этой

зависимости исследователи делают вывод, что с увеличением температуры

прочность бетона падает при испытании в напряженном состоянии.
Кроме того, строительные конструкции из тяжелого бетона (желе¬

зобетона) склонны к взрывообразному разрушению при пожаре. Это явле¬

ние наблюдается у конструкций, материал которых имеет влагосодержание

выше критической величины при интенсивном подъеме температуры при

пожаре. Чем плотнее бетон, тем ниже его паропроницаемость, больше мик-

ропор, тем он более склонен к возникновению такого явления, несмотря на

более высокую прочность. Легкие и ячеистые бетоны с объемной массой

ниже 1200 кг/м3 не склонны к взрывообразному разрушению.
Спецификой поведения легких и ячеистых бетонов, в отличие от

поведения тяжелых бетонов при пожаре, является более длительное время

прогрева вследствие их низкой теплопроводности.
Поведение силикатных материалов в условиях пожара зависит от

поведения известково-силикатного вяжущего, заполнителей и их взаимо¬

действия при нагреве. В принципе, оно аналогично поведению бетона на

портландцементе (рис. 1.24). Отличие состоит в том, что реакции дегидрата¬

ции подвергается два компонента Са(ОН)2 и CaO-SiO^nHjO в то время, как

у портландцементного вяжущего несколько компонентов. Конструкции из
Рис.1.24 Изменение относительной

прочности силикатобетона при

нагреве:
1 - в ненагруженном состоянии;
2- в нагруженном состоянии [10]
Температура t, °С
65

силикатных материалов, в частности, тяжелого силикатного бетона, более

чем из бетона на портландцементе, склонны к явлению взрывообразной

потери целостности в условиях пожара.
Поведение асбестоцемента при нагреве определяется поведением

цементного камня (матрицы) и асбеста (заполнителя арматуры). Графики

изменения их прочности при нагреве качественно аналогичны. Асбест, как

и цемент, при нагреве теряет химически связанную воду и постепенно сни¬

жает прочность (рис. 1.25). В итоге асбестоцемент изменяет прочность, как

показано на рис. 1.26. На специфический характер поведения в условиях
Температура t, °С
Рис.1.25, Изменение относительной
остывания [9]

пожара оказывает влияние анизотропность структуры асбестоцементных

изделий, т.к. при формовании эти изделия имеют явно выраженную слоис¬

тость по толщине. Прочность сцепления между слоями значительно ниже

прочности материала в каждом слое. То есть материал при разрушении мо¬

жет расслаиваться как спокойно, так и взрывообразно. Причем склонность

к взрывообразной потере целостности асбестоцемента увеличивается с по¬

вышением его начального влагосодержания, количества микропор, при

снижении паропроницаемости за счет увеличения средней плотности, не¬

смотря на рост прочности, т.е. аналогично тяжелым бетонам. Эксперимен¬

тальные исследования показали, что теплофизические характеристики ас¬

бестоцемента изменяются при нагреве (рис. 1.27) не по линейному закону.
Рис. 1.27. Изменение теплофизи-	Ц^4,5
ческих характеристик:	| ° 35
коэффициента теплопроводное™ а	| |
и удельной теплоемкости б	|1 2,5
асбестоцемента, и коэффициента	|t
температуропроводности (в) при	S

нагреве [10]
600 800

Температура Г, К
В
67

Прочностные свойства керамических материалов и минеральных

расплавов в условиях пожара практически не изменяются. Для керамичес¬

ких материалов нагрев без существенного изменения прочности возможен

до температуры обжига - 950...1300°С. Для минеральных расплавов - пре¬

дельная температура применения близка к их температуре плавления. Эти

температуры, как правило, не достигаются при пожарах. Такое поведение

данной группы материалов в условиях пожара обусловлено тем, что все

процессы (химические) произошли с ними при первом нагреве (при их по¬

лучении), а при повторном нагреве имеют место лишь физические процес

сы (температурные деформации и удаление капиллярной влаги). При интен

сивном нагреве плотные керамические изделия (например, кровельные

плитки) могут претерпевать взрывообразную потерю целостности.
1.3.4.	Способы повышения стойкости каменных

материалов к воздействию пожара
Как было отмечено в п. 1.3.3, каменные материалы не горят в усло¬

виях пожара, но одни более, другие менее существенно снижают проч¬

ность. Поэтому в зависимости от области их применения в строительств<

осуществляют подбор природных и изготовление искусственных каменньп

материалов с необходимыми свойствами. Так, при выборе материалов

заполнителей для изготовления несущих конструкций из тяжелого бетон;

из природных каменных материалов предпочтение отдают известняку, а н<

граниту, т.к. последний несколько хуже ведет себя в условиях пожара. Прр

этом в качестве вяжущего лучше себя ведет портландцемент по сравненик

со строительным гипсом или известью. Причем стойкость портландцемен

та к воздействию пожара повышается с увеличением в нем содержания

трехкальциевого силиката (алита) - ЗСаО Si02.
Из искусственных каменных материалов лучше ведут себя в услови¬

ях пожара те, которые уже претерпели высокотемпературный нагрев (об

жиг) при изготовлении — это керамические материалы, минеральные рас

плавы. При их нагреве в процессе изготовления уже произошли все хими

ческие процессы, которые в основном приводят к снижению прочности ка

менных материалов в условиях пожара. Поэтому при повторном нагреве

этих материалов в условиях пожара они подвергаются воздействию лиш!

физических процессов, менее агрессивных, чем химических, что не приво

дит к существенному изменению их прочности. При пожаре температуры

нагрева этих материалов, как правило, не достигают температур их обжи¬

га, которые имют место при изготовлении.
Учитывая, что каменные материалы обладают повышенной стойко¬

стью к воздействию пожара, по сравнению с металлами, органическими ма¬

териалами, специальные меры по повышению их стойкости, как правило, не

предусматривают. Более того, каменные материалы применяют в качестве

огнезащиты органических материалов.
68

1.4.	МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ, ИХ ПОВЕДЕНИЕ

В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ

СТОЙКОСТИ К ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЮ
В строительстве чистые металлы применяют довольно редко, более

распространены сплавы. В первую очередь сплавы железа с углеродом - ста¬

ли и всевозможные алюминиевые сплавы. Для того чтобы понять, как ведут

себя в условиях пожара металлические сплавы, применяемые в

строительстве, а также как прогнозировать и регулировать их поведение,

представляется целесообразным воспользоваться схемой(рис.1.1).

Применительно к металлическим сплавам она выглядит так, как изображено

на рис. 1.28.
Рис. 1.28. Структурная схема - «ключ» к изучению, оценке, прогнозированию, регулированию

поведения металлических сплавов в условиях пожара и определению области их безопасного

применения в строительстве
69

1.4.1.	Особенности состава, строения и свойств

строительных сталей и алюминиевых сплавов
Главной особенностью чистых металлов и сплавов является крис¬

талличность структуры. В расплавленном состоянии атомы металлов нахо¬

дятся в беспорядочном движении, а при переходе в твердое состояние от

ориентируются определенным образом в пространстве, образуя кристалли

ческую решетку. Строение решетки и расположение в ней атомов зависят

от вида металла. Наиболее распространенными типами кристаллической

решетки являются кубическая — у железа и гексагональная - у алюминия

(рис. 1.29).
В
Некоторые металлы, например железо, могут иметь различные типы

кристаллической решетки (гранецентрированный и объемноцентрирован-

ный куб). Такое явление называют полиморфностью. А способность при

определенных температурах перестраивать свою кристаллическую решет¬

ку, изменяя ее тип, называют модификационными или аллотропическими

превращениями (рис. 1.30).
70

1539
О	Время т
Рис. 1.30. Графическая зависимость изменения температуры от времени охлаждениядля

чистого железа (диаграмма аллотропических превращений чистого железа)
Рассмотренные виды кристаллических решеток характерны для иде¬

альных кристаллов. Для реальных металлов и сплавов характерно наличие

различных дефектов, Дефекты бывают точечные, линейные и поверхност¬

ные. К самым проетым точечным дефектам относятся вакансии и межу-

зельные атомы.
Вакансией называется пустой узел кристаллической решетки. Ме-

жузельным атомом называется атом, перемещенный из узла в позицию

между узлами (рис. 1.31).
Переход атома на поверхность
^том в междоузлии
Рис.1.31. Точечные дефекты в •••••••
кристалле	I Вакансия
71
I

Вакансии и межузельные атомы имеются в кристаллах при любой

температуре выше абсолютного нуля из-за тепловых колебаний атомов.
К линейным дефектам относятся краевая и винтовая дислокации.

Дислокации образуются за счет нарушения правильного чередования атом¬

ных плоскостей при кристаллизации, а также в результате слияния большо¬

го числа вакансий.
Поверхностные дефекты образуются в более крупных структурах

металла, например, на границе зерен, т.е. групп кристаллов, которые могут

быть сориентированы в пространстве различным образом.
Все физико-механические свойства металлов и их особенности яв¬

ляются следствием кристаллической структуры. Высокая прочность метал¬

лов объясняется наличием сил, удерживающих атомы в определенных мес¬

тах кристаллической решетки. По мере увеличения числа дефектов проч¬

ность металла снижается до определенного значения, а затем снова может

начать возрастать за счет явления наклепа.
В основе упругих деформаций лежит обратимое смещение атомов

кристаллической решетки от положения равновесия. В основе пластическо¬

го деформирования металлов лежит перемещение дислокаций практически

при любых температурах и нагрузках. Сущностью пластического деформи¬

рования является сдвиг, в результате которого одна часть кристалла смеща¬

ется по отношению к другой части. Такое смещение в идеальном кристалле

происходит по плоскости (рис. 1.32). В металлах сдвиг происходит за счет
Рис.1.32. Пример расположения одной из плоскостей скольжения в объемно-

центрированной кубической решетке
скольжения дислокаций. Значительные пластические деформации приводят

в конечном итоге к разрушению металла. Хрупкое разрушение наступает

без видимых пластических деформаций.
Наличие точечных дефектов и микровключений мешает продвиже¬

нию дислокаций. Кроме того, помехой для движения дислокаций служат

элементы пластически деформированных кристаллических решеток. Этим

объясняется явление наклепа — самоупрочнения металлов в результате пла¬

стической деформации.
72

1.4.1.1.	Стали, применяемые в строительстве
Сталями называют сплавы железа и углерода. Содержание

углерода в сталях не превышает 2%. При содержании углерода более 2%

сплав называют чугуном.
Сталь получают в конверторных или мартеновских печах путем

продувки кислородом расплавленного чугуна. В результате продувки про¬

исходит окисление различных добавок и части углерода, содержащихся в

чугуне. После плавки сталь разливают в изложницы, где происходит осты¬

вание и кристаллизация металла. В процессе кристаллизации выделяется

большое количество газов и неметаллических включений. Сталь, получен¬

ную таким способом, по степени раскисления называют кипящей. Качество

такой стали невысокое. В период остывания стали можно ввести специаль¬

ные раскислители - кремний, марганец, алюминий и др., которые связыва¬

ют газы и успокаивают процесс кристаллизации. Полученную сталь в этом

случае называют спокойной. Качество спокойной стали выше, чем кипя¬

щей. В случае неполного раскисления получают промежуточную сталь -

полуспокойную.
Стали, в которых кроме железа и углерода присутствуют только

нормальные примеси, называют углеродистыми.
Нормальные примеси могут быть полезными - кремний, марганец

и вредными — сера, фосфор, кислород. Содержание примесей ограничено.
По содержанию углерода стали классифицируют на малоуглероди¬

стые - 0,09-0,22% углерода, среднеуглеродистые - 0,25-0,5% углерода и вы¬

сокоуглеродистые - 0,6-1,2% углерода. Строительные стали являются мало¬

углеродистыми. Среднеуглеродистые стали в основном применяют в маши¬

ностроении. Высокоуглеродистые используют для инструментов.
Строительные и машиностроительные стали относят к группе кон¬

струкционных сталей. По механическим характеристикам конструкцион¬

ные стали делят на семь марок: СтО, Ст1, Ст2, СТЗ, Ст4, Ст5, Стб. Основны¬

ми строительными сталями являются СтЗ и Ст5, из которых изготавливают

несущие металлические конструкции и арматуру для железобетона. Из ста¬

лей Ст4 и Ст5 изготавливают также болты, шурупы и т.д.
Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от га¬

рантируемых свойств объединяют в группы А, Б и В. В маркировке эту бук¬

ву добавляют спереди, а в конце маркировки - способ раскисления: спо¬

койный - сп, полуспокойный - пс, кипящий - кп, например: АСтЗпс, ВСт4пс.

По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свой¬

ствами, по группе Б - химическому составу, по группе В - по механичес¬

ким свойствам и химическому составу.
По требованиям ударной вязкости в зависимости от температурных

условий эксплуатации и назначения конструкций углеродистые стали раз¬

деляют на 6 категорий (номер категории указывают в конце маркировки

после обозначения способа раскисления), например, ВСтЗкп2.
73

Существенного улучшения физико-механических свойств сталей

можно добиться введением в их состав специальных легирующих добавок.
Стали, в которых кроме нормальных примесей присутствуют леги¬

рующие добавки, называют легированными.
В зависимости от характера влияния, легирующие добавки делят на

добавки группы никеля и группы хрома. Входящие в эти группы химичес¬

кие элементы и их условные обозначения приведены в табл. 1.13.
Таблица 1.13
Материалы, применяемые в качестве легирующих добавок
Группа никеля
Группа хрома
Название материала
Условные
обозначения
Название материала
Условные
обозначения
Никель
Н
Хром
X
Марганец
Г
Титан
т
Медь
Д
Алюминий
ю
Кобальт
К
Вольфрам
в
Азот и др.
А
Ванадий
ф
Кремний
с
Цирконий
ц
Ниобий
Б
Бор
Р
Молибден ч др.
М
По сравнению с углеродистыми, легированные стали имеют, кал

правило, более высокие показатели прочности, ударной вязкости, стойко¬

сти к коррозии, лучше свариваются. Недостатком легированных сталей яв¬

ляется более высокая стоимость, чем углеродистых.
Легированные стали классифицируют в основном по следующим

признакам.
1.	По количеству легирующих добавок: низколегированные - ко¬

личество добавок до 2,5%, среднелегированные - количество добавок от 2,5

до 10 % и высоколегированные - количество добавок свыше 10%.
2.	По назначению: конструкционные - машиностроительные и

строительные стали; инструментальные; специальные - нержавеющие, кис¬

лотостойкие, жаростойкие.
По экономическим соображениям в строительстве применяют низ¬

колегированные стали.
Маркируют легированные конструкционные, в том числе и строи¬

тельные стали следующим образом. Первые две цифры показывают содер¬

жание углерода в сотых долях процента. Затем следуют условные обозна¬

чения легирующих элементов. Цифра, стоящая за условным обозначением,

показывает приблизительное содержание элемента в процентах. Например,

сталь 18Гсп в среднем содержит 0,18% углерода и приблизительно 1% мар¬

ганца. Буквы «сп» обозначают, что сталь спокойная (по способу раскисле¬
74

ния). Сталь 20ХГ2С в среднем содержит 0,2% углерода, приблизительно 1%

хрома, около 2% марганца и 1% кремния. Если количество легирующих

добавок менее 0,3%, то обозначение легирующего элемента не

проставляется. Буква А в конце марки означает, что сталь высококаче¬

ственная. В строительстве применяют низколегированные стали: 18Г, 09Г2;

10Г2С1; 20ХГ2С и др.
Механические характеристики некоторых строительных сталей

представлены в табл. 1.14.
Таблица 1.14
Механические характеристики некоторых строительных сталей
Марка
стали
Содержание

углерода, %
Предел

прочности

<т„ МПа
Предел текучести

0т(0».г), МПа
Относительное

удлинение о, %
Твердость по

Бринелю НВ,

МПа
ВСтЗкп
0,14-0,22
370-470
220-240
24-27
1200
ВСтЗсп
380-490
230-250
23-26
ВСтбсп
0,28-0,37
500-640
270-290
17-20
1500
10Г2С1
0,12
480-520
340-380
21
1100
30ХГ2С
0,26-0,35
882
588
6
1500
Большое влияние на механические характеристики сталей оказыва¬

ет содержание углерода. С повышением содержания углерода твердость

стали увеличивается, а пластичность уменьшается. Упругость сталей изме¬

няется мало. Модуль упругости изменяется в пределах 2 1 05 - 2,06-Ю5 Мпа.

Предел прочности увеличивается до содержания углерода 0,8-1,0%, а затем

снижается (рис. 1.33).
Рис.1.33. Влияние содержания углероданамеханические свойства стали
75

В строительстве сталь применяют в виде прокатных изделий, полу¬

чаемых с металлургических заводов и имеющих различную форму попереч¬

ного сечения — профиль. Каталог прокатных профилей называют сорта¬

ментом (рис. 1.34).
а	б	в	Г
Ж	з	и	К
Рис. 1.34. Сортамент прокатных стальных профилей:

а - круглый: б-квадратный; в - плоский: г- периодического профиля, д - ребристого профиля;
е-волнистый; ж-угалокравнобокий;з-уголокнеравнобокий; и-швеллер; к-двутавр;

л- тавр сварной; м- подкрановая балка; и - рельсовая балка; о- балка для шахтного крепления
76

Используют сталь в строительстве для изготовления несущих конст¬

рукций: колонн, балок, ферм, для арматуры железобетонных конструкций

(рис. 1.35), для изготовления оконных и дверных переплетов и др. Классифика¬

ция и характеристики строительных сталей приведены в СНиП 11-23-8Г

Стальные конструкции.
е
Рис. 1.35. Виды арматурных изделий:

а - горячекатанная стержневая арматура класса А-I; б-горячекатанная стержневая

периодического профиля класса А-Н; в - то же, класса А-Ш; г-холодносплющенная с четырех

сторон; д - то же, с двух сторон; е - витая
Основным способом получения стальных изделий является горячая

прокатка. Этим способом получают различные профили, листы, стержни,

трубы. Изделия в этом случае называют горячекатанными.
Важной особенностью сталей является способность улучшать свои

физико-механические свойства и, в частности, прочность в результате тер¬

мической и механической обработки.
К термическим видам обработки, применяемым для строительной

стали, относят закалку и отпуск. Закалка стали заключается в нагреве ее до

высоких температур с последующим охлаждением в воде, масле, расплав¬

ленном свинце. Структура и свойства закаленных сталей зависят от скоро¬

сти охлаждения. Стали, прошедшие закалку, имеют повышенную прочность

и твердость, однако при этом имеют склонность к хрупкому разрушению.
Отпуск стали производят с целью уменьшения внутренних напряже¬

ний, возникающих при закалке, а также для снижения хрупкости и твердо¬
77

сти закаленной стали. Стали при этом нагревают до температуры не выше

600°С и после изотермической выдержки постепенно охлаждают.
Проволоку изготовляют путем вытяжки (волочения). Некоторые

виды арматуры периодического профиля изготовляют путем холодного

сплющивания. И в том и в другом случае сталь упрочняется за счет накле¬

па. Арматуру при этом называют холоднотянутой.
1.4.1.2.	Алюминиевые сплавы
В чистом виде алюминий применяют редко из-за малой прочности.

В строительстве все шире используют алюминиевые сплавы. Алюминиевые

сплавы разделяют на две основные группы: литейные и обрабатываемые

поддавлением.
Литейные сплавы в строительстве применяют ограниченно - толь¬

ко для изготовления фасонных отливок. Представителем этих сплавов явля¬

ется силумин - сплав алюминия с кремнием. Обозначают литейные сплавы

буквами АЛ. Цифра после букв обозначает условный номер сплава, напри¬

мер, АЛ2, АЛЗ и т.п.
Сплавы, обрабатываемые давлением (прокаткой, ковкой,

штамповкой), делят на 2 группы.
1.	Деформируемые без последующей термообработки:
а)	сплавы алюминия с магнием, например, магналий. Обозначение -

АмгЗ, Амг5, Амгб. Цифра показывает содержание магния в %;
б)	сплавы алюминия с марганцем; обозначение — АМц.
2.	Деформируемые с последующей термообработкой:
а)	сплавы алюминия с медью, магнием, кремнием и марганцем:

авиаль - АВ-Т, АВ-Т1; буква Т — обозначает термическое упрочнение;

(цифра 1 обозначает искусственное старение); дюралюмины - Д1 -Т

Д16-Т, цифра после буквы Д обозначает условный номер сплава;
б)	высокопрочные сплавы алюминия с цинком, магнием, кремнием и

марганцем - В92-Т, В92-П и т.п. Буква В обозначает, что сплав высоко¬

прочный, цифры обозначают условный номер сплава.
Сравнительно давно введена новая маркировка алюминиевых спла¬

вов - цифровая, например 1915-Т (Т - термически упрочненный сплав). В

маркировке первая цифра означает, что основа сплава - А1; вторая - но¬

мер композиции компонентов: О - чистый Al; 1 - А1 +Cu + Mg; 3 -

Al + Mg + Si; 4 - A! + Mn; 5 - AI + Mg; 9 - Al + Zn. Две последние цифры

обозначают порядковый номер сплава.
Достоинством алюминиевых сплавов является высокий предел проч¬

ности - до 500-700 МПа, при малой плотности - 2850 кг/м3. Большинство

алюминиевых сплавов имеют высокую стойкость к коррозии, хорошую де¬

коративность. Сохраняют высокую прочность при низких температурах,

не образуют искр при ударе.
78

К недостаткам алюминиевых сплавов следует отнести: низкий мо¬

дуль упругости — приблизительно в 3 раза меньше, чем у стали, и высокий

коэффициет температурного расширения, в 3 раза больше, чем устали.
Увеличение прочностных свойств алюминиевых сплавов можно до¬

стигнуть либо холодной пластической деформацией, либо термической об¬

работкой. В основе упрочнения при пластической деформации лежит явле¬

ние наклепа (для алюминиевых сплавов используют термин нагартовка). В

зависимости от степени наклепа (нагартованности) к обозначению сплава

добавляют буквы: П - полунагартованный сплав, Н - нагартованный

сплав, Н1 - усиленно нагартованный сплав.
Термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из двух опе¬

раций: закалки и старения.
В строительстве применяют алюминиевые листы для покрытия кров¬

ли зданий. Из алюминиевого проката изготавливают оконные и дверные пе¬

реплеты.
Алюминиевые сплавы в строительстве употребляют в виде разнооб¬

разных профилей и листа. Из профилей изготавливают фермы и арки. Ли¬

сты широко используют для изготовления легких навесных панелей типа

"сэндвич", для облицовки стен, устройства подвесных потолков.
1.4.2.	Поведение металлов и сплавов в условиях пожара
1.4.2.1.	Общие закономерности
При нагреве металла подвижность атомов повышается, увеличива¬

ются расстояния между атомами и связи между ними ослабевают. Терми¬

ческое расширение нагреваемых тел — признак увеличения межатомных

расстояний. Большое влияние на ухудшение механических свойств металла

оказывают дефекты, число которых возрастает с увеличением температу¬

ры. При температуре плавления количество дефектов, увеличение межа¬

томных расстояний и ослабление связей достигает такой степени, что пер¬

воначальная кристаллическая решетка разрушается. Металл переходит в

жидкое состояние.
В интервале температур от абсолютного нуля до точки плавления

изменение объема всех типичных металлов приблизительно одинаково - 6-

7,5%. Судя по этому, можно считать, что увеличение подвижности атомов

и расстояний между ними, а соответственно, и ослабление межатомных свя¬

зей, свойственно всем металлам почти в одинаковой степени, если они на¬

греты до одной и той же гомологической температуры. Гомологическая

температура — это относительная температура, выражается в долях тем¬

пературы плавления (Г ) по абсолютной шкале Кельвина. Так, например,

железо и алюминий при 0,3 Тпл обладают одинаковой прочностью межатом¬

ных связей, а следовательно, и одинаковой механической прочностью. По
79

стоградусной шкале это будет: для железа 331°С, для алюминия 38°С, т.е. сг

железа при 331°С равно ^алюминия при 38°С.
Повышение температуры приводит к уменьшению прочности, упру¬

гости и увеличению пластичности металлов. Общий характер такой зависи¬

мости показан на рис. 1.36 для холоднотянутой арматурной проволоки и:

стали СтЗ.
я

с

5
с о
*5
UI I
г*
м

ц

«2
I!
01

а

ао
200
600
400
Температура t, °С
Рис 1.36. Зависимость физико-механических свойств стали СтЗ оттемпературы
Чем ниже температура плавления металла или сплава, тем при более

низких температурах происходит снижение прочности, например у

алюминиевых сплавов - при более низких температурах, чем у сталей.
80

При высоких температурах также происходит увеличение деформа¬

ций ползучести, которые являются следствием увеличения пластичности

металлов. Развитие деформаций ползучести высокопрочной арматурной

стали при нагреве при различных величинах нагружения yt показаны на ри¬

сунке 1.37, из которого видно, что чем выше величина нагружения образ¬

цов, тем при более низких температурах начинается развитие деформации

ползучести и происходит разрыв образца, причем при меньших величинах

относительной деформации.
Температура t, °С
О	200	400	600
Рис. 1.37. Развитее деформаций ползучести арматуры класса В-П при температур1 гам ншреве

по стандартному режиму (при толщине защитного слоя 0,03 м) [10)
При повышении температуры изменяются и теплофизические свой¬

ства металлов и сплавов. Характер этих изменений сложный и трудно под¬
81

дается объяснению. Примеры зависимости коэффициента теплопроводно¬

сти и удельной объемной теплоемкости стали от температуры нагрева для

некоторых видов сталей показаны на рис. 1.38, 1.39. Имеющиеся на графи¬

ках экстремумы связаны, по-видимому, с изменением кристаллической

структуры стали за счет аллотропных превращений железа.
ю
О	400	800	1200	1600
Температура Г, *С
Рис. 1.38. Зависимость коэффициента теплопроводности стали от температуры
Наряду с общими закономерностями, характерными для поведения

металлов при нагреве, поведение сталей в условиях пожара имеет особенно¬

сти, которые зависят от ряда факторов (см.рис. 1.28). Так, на характер по¬

ведения оказывает влияние прежде всего химический состав стали: углеро¬

дистая или низколегированная, затем способ изготовления или упрочнения

арматурных профилей: горячая прокатка, термическое упрочнение, холод¬

ная протяжка и т.п. Рассмотрим эти особенности подробнее. При нагрева¬

нии образцов горячекатанной арматуры из углеродистой стали происходит

уменьшение ее прочности и увеличение пластичности, что приводит к сни¬

жению пределов прочности, текучести, возрастанию относительного удли¬

нения 8 и сужения i/л При остывании такой стали ее первоначальные свой¬

ства восстанавливаются. На рис. 1.40 показаны графики изменения прочно¬

сти стали СтЗ при нагреве, полученные экспериментально в горячем состо¬

янии и после остывания образцов. Из этих графиков видно, что после осты¬

вания величина относительной прочности углеродистой стали (арматура

классов А-1, A-I1) практически восстанавливается.
82

Рис. 1.39.3ависимосгь удельной

объемной теплоемкости стали от

температуры
Температура t,°C
Несколько иной характер поведения при нагревании низколегиро¬

ванных сталей. При нагревании до 300°С происходит некоторое увеличение

прочности ряда низколегированных сталей (25Г2с, 30ХГ2С и др.), которая
Температура t, *С
6- 2473	83

Рис. 1.41. Измените прочности

низколегированной стали 25Г2С

при нагревании:
О	200 400 600 800	/ - в горячем состоянии; 2-после
Т емпература t, °С	остывания [9]
сохраняется и после остывания (рис. 1.41). Следовательно, низколегирован¬

ные стали при невысоких температурах даже повышают прочность и менее

интенсивно теряют ее с увеличением температуры благодаря легирующим

добавкам. Особенностью поведения термически упрочненной арматуры в

условиях пожара является необратимая потеря упрочнения, которая вызы¬

вается отпуском стали. На рис. 1.42 показано изменение механических ха¬

рактеристик свойств термически упрочненной стали марки 20ГС. На

рисунке видно, что при нагревании до 400°С может происходить некоторое

улучшение механических свойств термически упрочненной стали, выража¬

емое в повышении условного предела текучести при сохранении предела

прочности. При температуре выше 400°С происходит необратимое сниже¬

ние как предела текучести, так и предела прочности (временного сопротивления).
Арматурная проволока, упрочненная наклепом, при нагреве также

необратимо теряет упрочнение. Чем выше степень упрочнения (наклепа),

тем при более низкой температуре начинается ее потеря. Причиной этого

является термодинамически неустойчивое состояние кристаллической

решетки, упрочненной наклепом стали. При повышении температуры до

84

100	300	500	700
Температура t, °С
Рис 1.42. Изменение механических характеристик термически упрочненной стали марки 20ГС
при нагревании:
аот ‘ условный предел упругости <та; - условный предел текучести, а - временное

сопротивление разрыву (предел прочности) [9]
300-350“С начинается процесс рекристаллизации, в ходе которого деформи¬

рованная в результате наклепа кристаллическая решетка перестраивается в

сторону нормализации [9]. На рис. 1.43 показано изменение прочности при

нагревании холоднотянутой проволоки с различной степенью упрочнения.
Главной особенностью алюминиевых сплавов является низкая, по

сравнению со сталями, устойчивость к нагреву. Характерное для алюмини¬

евых сплавов изменение механических свойств при действии высокой тем¬

пературы показано на рис. 1.44 для сплава АД 31-Т1, относящегося к груп¬

пе авиалей. Из этого рисунка видно, что уже при 240°С предел прочности и

условный предел текучести снижаются в 2 раза. При этом происходит сни¬

жение модуля упругости и увеличение относительного удлинения.
Важной особенностью некоторых алюминиевых сплавов является

способность восстанавливать прочность после нагревания и охлаждения,

если температура нагревания не превысила 400°С. Этой особенностью

обладают, например, сплавы АМц, АМг (рис. 1.45).
Наибольшей устойчивостью к действию высокой температуры об¬

ладают низколегированные стали. Несколько хуже ведут себя углеродистые
85

О	200	400	600
Температура t, °С
Рис. 1.43. И зменение относительной прочности холоднотянутой проволоки при нагревании:
1- обыкновенной прочности В-1,2- высокопрочной В-П [9]
стали без дополнительного упрочнения. Еще хуже - стали, упрочненные

термическим способом. Самой низкой стойкостью к действию высокой

температуры обладают стали, упрочненные наклепом, а еще ниже - алю¬

миниевые сплавы.
На рис. 1.36; 1.39-1.44 проиллюстрированы результаты испытаний

образцов при нагреве (либо после остывания) в ненагруженном состоянии.

Наличие нагрузки интенсифицирует деструктивные процессы в металли¬

ческих сплавах в виде температурной ползучести (рис. 1.32), ускоряет вре¬

мя разрушения образцов (изделий) и снижает температуру достижения их

предельных (критических) состояний.
86

72
64
* 56

o'
«
1 48
S«
* 2*
I '

16
8
Температура t, °C
Рис. 1.44. Изменение механических свойств сплава АДЗI -ТI при нагревании [91
Температура t, *С
Рис.1.45. Изменение механических свойств сплава АМг-б при нагревании (1,2,3) ипосле

остывания (Г,2',3') [9]
87

1.4.3.	Способы повышения стойкости металлов

к воздействию пожара
Обеспечить некоторое продление времени сохранения свойств ме¬

таллов в условиях пожара (в случаях, где это необходимо и экономически

оправдано) можно следующими способами:
1)	выбором изделий из металлов, более стойких к воздействию по¬

жара. В этом плане предпочтение отдается сталям вместо алюминиевых

сплавов, причем низколегированным сталям вместо углеродистых. При вы¬

боре арматурных изделий следует предпочесть арматуру, не упрочненную

наклепом и термообработкой;
2)	специальным изготовлением металлических изделий, более стой¬

ких к нагреву (с учетом информации по п. 1);
3)	огнезащитой металлоизделий (конструкций) посредством нанесе¬

ния внешних теплоизоляционных слоев.

1.5.	ДРЕВЕСИНА И ЕЕ ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ
Для квалифицированного прогнозирования и регулирования поведе¬

ния древесины в условиях пожара целесообразно изучить определяющие

факторы, влияющие на поведение древесины в условиях пожара, негатив¬

ные процессы, которые в ней при этом происходят и последствия, к кото¬

рым они приводят (рис. 1.46). Изучение целесообразно начать с определя¬

ющих факторов.
Теоретические основы и общие закономерности

поведения древесины в условиях пожара
| Определяющие факторы |
Рис. 1.46. Структурная схема - ключ к изучению, оценке, прогнозированию, регулированию

поведения древесины в условиях пожара и определению области ее безопасного применения

в строительстве

1.5.1.	Строение, химический состав и свойства
древесины
Макростроение древесины рассматривают на срезе ствола дерева по

трем направлениям: тангенциальному, торцовому и радиальному (рис. 1.47),

а также на поперечном (торцевом) разрезе (рис. 1.48). Кора, защищающая

дерево от механических повреждений, состоит из двух слоев — наружно¬

го (корки) и внутреннего (луба). Находящийся под лубом тонкий слой кам¬

бия состоит из живых клеток. Толстый слой древесины, находящийся за

камбием, состоит из ряда тонких концентрических слоев: наружная часть

их называется заболонью, внутренняя часть — ядром. Ядро состоит из от¬

мерших клеток, заболонь - из молодых растущих клеток. Существуют по¬

роды дерева, например, береза, клен, ольха, не имеющие ядра. В центре

ствола расположена сердцевина - самая слабая, легко крошится и загнива¬

ет. Древесиной, используемой для получения строительных изделий, явля¬

ются заболонная и ядровая части ствола дерева.
Рис. 1,47. Строение древесины по

основным разрезам древесного ствола:

(-торцовыйразрез: 2-радиальный

разрез; 3- тангенциальный разрез;
4 - серд цевинные лучи
90
Рис 1.48. Строение ствола дерева на поперечном

разрезе:
/-кора; 2-луб; 3-камбий;4-заболонь;5-ядро;

6-сердцевина

Древесина имеет различные пороки (дефекты) строения, понижаю¬

щие ее качество. Пороки подразделяют на первичные - на растущих дере¬

вьях, и вторичные, возникающие при хранении или эксплуатации древеси¬

ны.
К первичным порокам относят: сучковатость - наличие сучков; ко¬

сослой - винтообразное, косое расположение волокон в стволе; свилева¬

тость - волнистое и путанное расположение древесных волокон; сбежис-

тость - уменьшение диаметра ствола от комля (основания) к вершине; за¬

виток - местное искривление годовых слоев.
Вторичные пороки древесины - это плесень и гниль, появляющие¬

ся на древесине в результате деятельности микроорганизмов и грибков; чер¬

воточины и трещины, появляющиеся в результате усушки древесины в про¬

цессе хранения или эксплуатации.
При рассмотрении тангенциального и радиального срезов видна во¬

локнистая структура древесины. Под микроскопом можно увидеть, что во¬

локна древесины состоят из органических клеток.
Оболочку клеток образует в основном природное высокомолеку¬

лярное вещество - целлюлоза или клетчатка (С6Н1005)п. Кроме целлюлозы

в химический состав древесины входят лигнин и гемицеллюлоза: (С5НвО()п.
Элементный состав абсолютно сухой древесины: 49-52% углерода,

43-45% кислорода, 6-6,3% водорода, 0,1-0,6% азота, 0,3-1,6% минеральных ве¬

ществ. Свежесрубленная древесина содержит кроме того 60-100% воды (по

отношению к сухой массе).
Влажность древесины (BJ - способность древесины поглощать вла¬

гу, оказывает очень большое влияние на ее качество, а также на другие

свойства; определяют по формуле
в тъ ~ «с 100%;	(] 21)
тс
где т) - масса образца до высушивания;
тс - масса образца после высушивания до постоянного значения.
Для древесины нормальной (стандартной) считают влажность 12%, и

при определении механических характеристик древесины результаты при¬

водят для сравнения к этой величине влажности. Свободная влага состоит из

той, что заполняет полости клеток, сосудов и межклеточное пространство

(механическая влага), и влаги гигроскопической, находящейся в микропо-

рах стенок клеток и сосудов. При сушке и при пожаре древесина сначала

теряет механическую влагу и только после полного ее удаления начинает

выделять гигроскопическую влагу. По степени влажности различают древе¬

сину свежесрубленную, имеющую влажность 35% и выше; воздушно-сухую

с влажностью 15-20%; комнатно-сухую с влажностью 8-13%. А также мок¬

рую, влажность которой больше, чем у свежесрубленной древесины и мо¬

жет быть больше 100% (по массе). Для определения влажности древесины,
91

находящейся в помещении с различной температурой и влажностью окру¬

жающего воздуха, служит диаграмма, составленная Н.Н.Чухлицким. На

этой диаграмме (рис. 1.49) по оси ординат отложена влажность, поосиабс-
Температура воздуха fe, "С
Рис. 1.49. Диаграмма зависимости влажности древесины (цифры над прямыми) от

температуры и относительной влажности воздуха
цисс - температура воздуха; наклонные линии характеризуют соответ¬

ствующую влажность древесины. При удалении из древесины механичес¬

кой влаги масса древесины меняется, но объем и линейные размеры не

изменяются. При удалении гигроскопической влаги происходит

уменьшение размеров и объема изделия из древесины, называемое усушкой.
Процесс, обратный усушке, называют разбуханием древесины. Этот

процесс происходит при увеличении содержания в древесине гигроскопи¬

ческой влаги. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает или

разбухает в различных направлениях неодинаково: вдоль волокон полная

линейная усушка не превышает 0,1-0,3%, в радиальном направлении она со¬

ставляет от 3 до 6%, а в тангенциальном - от 7 до 12%. Усушка древесины

приводит к ее короблению и появлению трещин.
92

Объемная масса древесины зависит от породы древесины и состав¬

ляет 375-700 кг/м3. Обычно объемную массу приводят к нормальной 12%-ной

влажности древесины.
Плотность древесины ро составляет в среднем 1500 кг/м3.
Теплофизические свойства древесины зависят от породы дерева,

объемной массы, влажности и температуры. Теплопроводность, кроме того,

зависит от направления, в котором передается тепло через древесину, а ко¬

эффициент линейного теплового расширения различен для древесины вдоль

и поперек волокон. Значения коэффициента теплопроводности составляют

в среднем для различных пород А = 0,17 Вт/м • К - поперек волокон и

А = 0,31 Вт/м • К — вдоль волокон. Удельная теплоемкость примерно одина¬

кова для древесины всех пород и составляет для сухой древесины

с = 1,7-1,9 кДж/кг'К. Числовые значения коэффициента линейного

теплового расширения древесины составляют а = (2,4-5,б)10'61/°С - вдоль

волокон, а = (31 -58)-10'61/°С - поперек волокон.
Механические свойства древесины в значительной мере зависят от

породы, объемной массы, влажности, возраста древесины, а также от на¬

правления действия нагрузки — вдоль или поперек волокон. Древесина

вследствие волокнистого строения обладает анизотропностью и имеет до¬

вольно высокую прочность при растяжении и сжатии вдоль волокон и от¬

носительно низкую прочность поперек волокон. Временное сопротивление

сжатию вдоль волокон изменяется от 34 МПа при объемной массе

р0 = 430 кг/м3 до 51 МПа — при рд = 700 кг/м3.
Прочность древесины при сжатии вдоль волокон снижается с увели¬

чением влажности. При этом оказывает влияние только гигроскопическая

влага, механическая влага практического влияния не оказывает (рис. 1.50).
к
01
£
Е
о
о.
с
о
и
40	60
Влажность в,, %
Рис.1.50. Зависимость прочности древесины от влажности
93

Временное сопротивление древесины сжатию поперек волокон составляет

примерно от 0,1 до 0,3 этой величины вдоль волокон. Временное сопротив¬

ление растяжению вдоль волокон, в 2-3 раза превышает аналогичный пока¬

затель сжатия. У древесины низкая прочность на растяжение поперек воло¬

кон - для хвойных пород она равна всего 2-5% прочности на растяжение

вдоль волокон. Прочность на растяжение мало зависит от влажности, но

существенно зависит от наличия пороков. Прочность при изгибе определя¬

ется теми же факторами, что при сжатии и растяжении вдоль волокон; она

больше прочности при сжатии вдоль волокон в 1,5-2 раза.
К числу достоинств древесины следует отнести: богатую сырьевую

базу и сравнительную легкость добычи, невысокую стоимостью, высокую

относительную прочность, малую теплопроводность при сравнительно вы¬

сокой удельной теплоемкости, малую температурную деформативность,

высокую коррозионную стойкость при эксплуатации в агрессивных сре¬

дах.
Недостатками древесины являются: анизотропность, наличие поро¬

ков, гигроскопичность, горючесть.
Перечисленные достоинства и недостатки во многом определяют

область применения древесины в строительстве.
1.5.2.	Применение древесины в строительстве
Древесными называют материалы, состоящие полностью или пре¬

имущественно из древесины.
Получают древесину путем обработки деревьев лиственных (береза,

дуб, бук, ясень, осина и др.) и хвойных пород (сосна, ель, кедр, лиственни¬

ца, пихта и др.).
Наряду с использованием в качестве декоративно-отделочного мате¬

риала древесина используется для несущих конструкций. Опыт и расчеты

доказали экономическую выгоду замены в некоторых случаях железобе¬

тонных и металлических конструкций деревянными. Для изготовления не¬

сущих деревянных конструкций применяются преимущественно хвойные

породы. В строительстве зданий древесину применяют в виде изделий: круг¬

лых, пиломатериалов, полуфабрикатов и строительных деталей.
Круглые изделия — отрезки стволов - бревна различают строи¬

тельные и пиловочные. Строительные используют для несущих конструк¬

ций. Пиловочные предназначаются для получения пиломатериалов в виде

брусьев, досок, брусков. Брусья - пиломатериалы, ширина и толщина ко¬

торых превышает 110 мм. Брусья применяют для несущих конструкций зда¬

ний: балок междуэтажных перекрытий, стропил и т.п. Досками называют

пиломатериалы толщиной до 100 мм при отношении ширины к толщине бо¬

лее 2. Пиломатериалы толщиной не более 100 мм и при отношении ширины

к толщине менее 2 называют брусками. Доски применяют для устройства

полов, перегородок, а также для обшивки стен и потолков. Из древесины
94

изготавливают плинтусы, поручни, наличники для обшивки оконных и двер¬

ных коробок, паркет, фанеру.
Фанерой называют листы древесины, получаемые склеиванием по

толщине шпона (тонкие слои древесины). Фанеру применяют при изготов¬

лении несущих и ограждающих конструкций, для обшивки стен внутри по¬

мещений и для устройства перегородок.
Строительные детали и элементы сборных конструкций из древеси¬

ны изготавливают на заводах. К ним относятся балки для междуэтажных и

чердачных перекрытий, дощатые щиты для перегородок, элементы щито¬

вых и каркасных сборных домов, щитовой паркет, различные столярные

изделия. Наиболее прогрессивными являются клееные деревянные конст¬

рукции.
Древесно-волокнистые (ДВП) и древесно-стружечные (ДСП) плиты

в настоящее время широко используют взамен фанеры при устройстве по¬

толков, полов, стен и перегородок.
1.5.3.	Физико-химические процессы, определяющие

поведение древесины и материалов на ее основе

при нагревании и в условиях пожара
Древесина чувствительна к нагреву. Уже при температуре материа¬

ла порядка 110°С начинается ее терморазложение, которое можно разде¬

лить на несколько характерных стадий. При нагревании до 120-180°С проис¬

ходит удаление свободной и затем начинается выделение химически связан¬

ной влаги, разложение наименее термически стойких компонентов древе¬

сины в основном с выделением СОг и Н,0. При температуре 250°С начина¬

ется пиролиз древесины (в основном гемицеллюлозы) с выделением СО,

СН(, Н2, С02, Н20 и т.п. Образующаяся газовая смесь уже способна к вос¬

пламенению от источника зажигания. При температуре 280-300°С процесс

терморазложения древесины интенсифицируется. Лигнин разлагается лишь

при достижении 350-450°С. При 350-450°С продолжается пиролиз древесины

и выделяется основная масса горючих газов - 40% от возможного количе¬

ства. Выделяющаяся газообразная смесь состоит из 25% Нг и 40% предель¬

ных и непредельных углеводородов. При достижении достаточной концен¬

трации газообразных горючих продуктов терморазложения возможно их

самовоспламенение.
Процесс горения древесины протекает в две стадии: пламенное го¬

рение продуктов терморазложения древесины и тление образовавшегося

угольного остатка. Тление происходит в результате гетерогенной реакции

угольного остатка с газообразным кислородом воздуха. В условиях пожа¬

ра до 60% тепла выделяется в период пламенного горения древесины и око¬

ло 40% - в период горения угля. В связи с этим период пламенного горения

является определяющим, хотя занимает более короткий промежуток време¬

ни, чем фаза тления.
95

Термическое разложение и горение древесины на пожаре сопро¬

вождается выделением газообразных продуктов СО, С02 и других, которые

могут оказывать токсическое (отравляющее) действие на организм

человека. Кроме того, при тлении и горении выделяется значительное

количество дыма, который представляет собой дисперсную среду,

образованную твердыми и жидкими частицами продуктов неполного

сгорания древесины. Он снижает видимость и препятствует дыханию

человека.
Пожарную опасность древесины можно охарактеризовать следую¬

щими параметрами. Температура воспламенения и самовоспламенения дре¬

весины составляют 250 и 350°С соответственно. Линейная скорость распро¬

странения пламени по поверхности составляет 1-10 мм/с. Эта величина су¬

щественно зависит от плотности внешнего теплового потока, падающего на

древесину, от породы древесины (рис. 1.51) и от ориентации образца мате¬

риала в пространстве. На рис. 1.52 показана зависимость линейной скорости

распространения пламени по поверхности древесины сосны от плотности

внешнего теплового потока при ориентации образца материала в вертикальной
и горизонтальной плоскостях, со¬

ответствующих расположению об¬

лицовки стен и потолка. Скорость

тления древесины существенно

ниже скорости распространения

пламени и составляет в среднем для

различных пород древесины 0,6-1,0

мм/мин (0,01 мм/с).
Массовая скорость выго¬

рания древесины (потеря массы в

единицу времени с единицы пло¬

щади) в условиях пожара зависит

от многих факторов: породы дре¬

весины, объемной массы, влаж¬

ности, площади поверхности, ин¬

тенсивности облучения и др. На

рис. 1.53 показано изменение

массовой скорости выгорания

древесины во времени в зависи-
96
ЭО	40	SO
Тепловой поток q, кВт/м2
Рис. 1.51. Зависимость линейной

скорости распространения пламени по

древесине сосны от плотности внешнего

теплового потока:
/ - образец ориентирован в вертикальной

плоскости; 2-образец ориентирован в

горизонтальной плоскости

Время х. с
Рис 1.52. Изменение массовой скорости выгорания древесины во времени в зависимости от

плотности внешнего теплового потока:
/- интенсивность потока 30 кВт/м2; 2-20 кВт/м2
Рис 1.53. Потеря массы древесины сосны во время нагревания при постоянной температуре

7 2473	97

мости от величины внешнего теплового потока.
Для древесины показатель токсичности продуктов горения состав¬

ляет 35,5 г/м3. По классификации ГОСТ 12.1.044-89 древесину следует отно¬

сить к группе высокоопасных материалов - ТЗ. Токсическое действие

продуктов разложения и горения древесины в основном обусловлено высо¬

ким содержанием в их составе оксида углерода.
Для древесины сосны коэффициент дымообразования по ГОСТ

12.1.044-89 составляет приблизительно 50 м2/кг, что позволяет отнести ее к

материалам с малой - Д1 или умеренной - Д2 дымообразующей способ¬

ностью. Однако при тлении этот показатель может достигать Dm = 600 м7кг,

то есть тлеющая древесина может относиться к материалам с высокой ды¬

мообразующей способностью - ДЗ.
В условиях пожара снижается прочность древесины, в результате ее

терморазложения, т.е. разрушение структуры, во-вторых, при горении дре¬

весина обугливается. Изменение прочности древесины существенно зависит

от потери массы материала в процессе нагрева. При этом происходит

уменьшение и объемной массы. Графики на рис. 1.54 и 1.55 иллюстрируют

изменение массы древесины сосны при нагревании и соответственное

уменьшение прочности на растяжение.
Следует обратить внимание, что разложение и обугливание древеси¬

ны при нагревании является главной причиной снижения прочности. В то же

время уменьшение объемной массы материала за счет обугливания приво¬

дит к уменьшению теплопроводности и следовательно, тормозит прогрев

древесины.
По классификации, приведенной в СНиП [2] древесина всех пород

относится к горючим материалам. Модификация древесины полимерами,

как правило, повышает ее пожарную опасность. В табл. 1.15 проиллюстри¬

рована дымообразующая способность древесных материалов.
Таблица 1.15
Результаты испытаний на дымообразующую способность
Материал
Режим
горения
Dm, М^/КГ
Груттпа по дымообразующей

способности
Пиломатериалы лиственные

(ГОСТ 2695-83) + три слоя

лаха ПФ-283
Тленне,
горение
436
53
Д2
Д2
Пиломатериалы хвойных

пород (ГОСТ 8486-86) + два

слоя олифы глифталевой
Тление,
горение
656
61
ДЗ
Д2
Фанера березовая (ГОСТ

3916-69) шпон буковый

(ГОСТ 2977-82)
Тление,
горение
474
69
Д2
Д2
Древесно-волокнистая плита
Тление,
горение
253
13
Д2
Д1
Древесно-стружечная плита
Тление,
горение
50
12-15
Д1
Д1
98

О	20	40	60	10	100	120	160
Вр«мя X, с
Рис 1.54. Изменение временного сопротивления древесины сосны во времени при постоянной
О	100	200	300	400	500	600
Температура t, “С
Рис. 1.55. Изменение объемной массы древесины при нагревании:

1 -сосна; 2* ель

Классификация по токсичности продуктов горения древесных мате¬

риалов приведены в табл. 1.16 [2,3].
Таблица 1.16
Результаты испытаний на токсичность
Материал
Выделение токсичных

веществ (СО), м^ч
HcL50i Г/М3
Г руппа по

токсичности
Фанера ФСФ
230
25,3
ТЗ
Древесина сосны
166,3
35,5
тз
Древесно-стружечная

плита (ГОСТ 10632-77)
108
49,0
Т2
Таким образом, рассмотрение процессов разложения, воспламене¬

ния и горения древесины, а также количественных показателей пожарной

опасности некоторых видов древесных материалов позволяют сделать вы¬

вод об их высокой пожароопасности.
100

1.6.	ПЛАСТМАССЫ И ИХ ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ
Для квалифицированного прогнозирования и регулирования поведе¬

ния полимерных строительных материалов (ПСМ) в условиях пожара целе¬

сообразно вначале изучить определяющие факторы(рис. 1.56).
1.6.1.	Основные виды пластмасс, применяемых

в строительстве, особенности их строения и свойств
Пластмассы - это композиционные материалы, в которых в каче¬

стве вяжущего вещества используют полимерные смолы.
Полимеры - высокомолекулярные химические соединения.
Достоинства пластмасс: неограниченность сырьевых ресурсов, воз¬

можность получения материала с заданными свойствами, высокая удельная

прочность, хорошая технологичность при производстве изделий (штампов¬

ка, литье, экструзия, каландрирование) , высокая химическая стойкость,

хорошие электроизоляционные, гидро-, звуко- и теплоизоляционные свой¬

ства, легкость обработки и соединения, хорошие декоративные качества,

стойкость к низким температурам.
Недостатки пластмасс: малый модуль упругости (0,1 МПа), большой

коэффициент температурного расширения, повышенная ползучесть, спо¬

собность к старению, малая теплостойкость и повышенная пожарная опас¬

ность.
Полимерные строительные материалы (строительные пластмассы)

представляют сложную систему из связующего, наполнителей, красителей

и технологических добавок. Связующим служат полимеры - полимеризаци-

онные и поликонденсационные. Их производство базируется на использо¬

вании каменного угля, нефти, природного газа, извести.
По происхождению сырья полимеры подразделяют на природные,

искусственные (модифицированные) и синтетические. К природным поли¬

мерам относят битумы и пеки, натуральный каучук: к искусственным - про¬

дукты модификации целлюлозы, растительных масел, казеина; к синтети¬

ческим - получаемые (синтезируемые) искусственным путем (в природе эти

вещества не встречаются).
По отношению к нагреванию полимеры подразделяют на термопла¬

стичные и термореактивные. Термореактивные полимеры образуются при

повышенной температуре и сохраняют свою структуру и твердое состоя¬

ние при последующем повторном нагревании вплоть до температуры разло¬

жения. Как правило, термореактивные полимеры имеют пространственную

сетчатую структуру, обеспечивающую им необратимую термостойкость.

Термопластичные полимеры способны обратимо размягчаться, плавиться и

затвердевать при соответствующем изменении температуры.
По составу основной цепи макромолекул полимеры делят на карбо-

цепные, основные цепи которых построены только из углеродных атомов;

гетероцепные, в основных цепях которых кроме атомов углерода содер-
101

Рис. 1.56. Структурная схема - ключ к изучению, оценке, прогнозированию и регулированию

поведения полимерных материалов в условиях пожара и области их безопасного применения
в строительстве
жатся атомы кислорода, азота, серы, фосфора; элементоорганические, со¬

держащие в основных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана, ни¬

кель - элементов, не входящих в состав природных органических соедине¬

ний.
Наполнитель служит для удешевления пластмасс, улучшения их фи¬

зико-механических свойств. Например, стекловолокно увеличивает проч¬

ность. По виду наполнителя различают пластмассы без наполнителя (орг-

102

стекло), газонаполненные (пенопласта и поропласты), порошковые, волок¬

нистые (стекловолокнистый пластик, асбоволокнит, древесно-волокнистые

пластики), слоистые (текстолит, асботекстолит, стеклотекстолит, древесно¬

слоистый пластик), крошкообразные (древесно-стружечные пластики, лос¬

кутный асботекстолит).
Красители (пигменты) вводят в пластмассы для придания декоратив¬

ных качеств.
В целях снижения пожарной опасности пластмасс в их состав вводят

антипирены - добавки, снижающие горючесть пластмасс, а также добавки,

уменьшающие дымовыделение и образование токсичных продуктов при

горении.
По применению в строительстве различают: материалы для полов,

стеновые материалы, кровельные и гидроизоляционные для сантехнических

и погонажных изделий, для несущих конструкций.
В таблице 1.17 представлены основные виды полимеров, используе¬

мых при производстве строительных пластмасс.
Полимеры обладают малой плотностью. Как правило, полимеризаци-

онные полимеры обладают меньшей плотностью и прочностью, чем поли-

конденсационные, однако они более пластичны.
Полимеры обладают высокой механической прочностью; временное

сопротивление растяжению - до 100 МПа, сжатию - до 600 МПа, изгибу - до

140 МПа.
Теплостойкость полимеров, определяемая их составом и структурой,

невысокая и состовляет 40 -140°С. Исключение составляют политетра¬

фторэтилен и кремнийорганические полимеры, теплостойкость которых

достигает соответственно 250 и 550°С.
Полимеры и пластмассы обладают высокой водо- и хемистойкостью.

Стойкость к влаге объясняется тем, что многие из них являются водо- и

паронепроницаемыми.
Химическое строение и физическая структура обуславливают ма¬

лую теплопроводность полимеров. Придание пластмассам пенистой струк¬

туры позволяет снизить их теплопроводность. Пенопласта также являются

хорошими звукоизоляторами.
Коэффициент температурного расширения полимеров весьма зна¬

чителен, например, у полиэтилена в 21 раз больше, чем у стали.
Многие полимеры обладают высокой светопроницаемостью, напри¬

мер, полиметилметакрилат, который широко используют для остекления.
Прочность пластмасс меняется в широком диапазоне. Так, времен¬

ное сопротивление колеблется от 30 до 480 МПа. Наибольшей прочностью

обладают конструкционные стеклопластики, например, стекловолокнистый

анизотропный материал (СВАМ) имеет временное сопротивление растяже¬

нию 450 МПа, сжатию - 400 МПа, изгибу - 635 МПа и срезу - 150 МПа.
Модуль упругости наиболее жестких пластмасс сравнительно мал

при растяжении, сжатии и изгибе не выходит за пределы 4 103МПа.
103

Таблица 1.17
Основные виды полимеров, используемые при производстве

строительных пластмасс
Наименова¬

ние группы
Вид, химиче¬

ский состав к

строение поли¬

мера
Исходные
вещества
Внешний внд
Примечание
Класс А. Синтетические полимеры цепной полимеризации
Этилено-
пласты
1 .Полиэтилен
Этилен (газ)

из попутных

нефтяных

газов
Твердый, белый

материал, слегка

просвечивает. В

гранулах или порош¬

ке
Трубы, сантех-

изделия, пленки,

листы
2. Полипропи¬

лен
Пропилен

(газ) из по¬

путных неф¬

тяных газов
Белый порошок или

гранулы
Трубы и пленки
3. Полиизобути¬

лен
Иэобугилен

(газ) нз по¬

путных неф¬

тяных газов
Каучукоподобные

эластичные листы и

пленки
Антикоррозий¬

ная защита,

полы, гидроизо¬

ляция
Винипласты
4. Поливинил¬

хлорид (ПХВ

или ПВХ)
Кокс, известь,

(ацетилен)

хлористый

натрий, водо¬

род
Порошок или гра¬

нулы белого или

слабо-желтого цвета.
Листы темно-

коричневого цвета

жесткие, листы свет-

ло-желтого цвета

эластичные
Утеплитель

линолеум, плен¬

ки, трубы, фи¬

тинги. Может

применяться в

несущих конст¬

рукциях
5. Полиперхлор-

виннл
Кокс, известь

(ацетилен)

хлористый

натрий, водо¬

род
Порошок или его

раствор
Клей, ла-

кн»краски,

пленки, ткани
Эгинолопла-
сты
6. Поливинил-

ацетат
Ацетилен и

уксусная

кислота
Стеклообразный

продукт белого цвета

или его водная

эмульсия сметано¬

образного вида
Полкм ерцемент*

бетон, мастич¬

ные полы, клей,

лаки
Стиро пласты
7. Полистирол
Этилен и

бензол (из

каменно¬

угольной

смолы)
Прозрачные листы,

гранулы или белый

порошок
Утеплитель,

облицовочные

плитки, трубы
Акрилопла-
сты
8. Полиметил-

метакрилат
Ацетилен и

спирт
Прозрачные бесцвет¬

ные блоки и листы

или белый порошок
Светопрозрач¬

ные покрытия,

облицовочные

плитки
104

Продолжение табл. 1.17
Наименова¬

ние группы
Вид, химиче¬

ский состав н

строение

полимера
Исходные
вещества
Внешний вид
Примечание
Класс Б. Синтетические полимеры конденсационные или ступенчатой

полимеризации
Феноло-
пласты
1. Фенолфор-

мальдегндная

смола
Фенол (из камен¬

ноугольной смо¬

лы) и формальде¬

гид из метана

(природный газ)

или из метилового

(древесного) спир¬

та
Пресспорошки

темного цвета или

жидкие смолы

(растворы порош¬

ков в спирте и т.д.)
Конструкцион¬

ные пластмассы,

клен, утепли¬

тель, химически

стойкие масти¬

ки, листы, плит¬

ки (арзамит,

фаолит,

фенолит)
Амино-
пласты
2. Мочевино-

формальде-

гидные (ка-

бамидные)

смолы
Мочевина (аммиак

и углекислый газ)

и формальдегид
Серовато-белый

кристаллический

порошок или поро¬

шок других оттен¬

ков в зависимости

от примесей)
Конструкцион¬

ные пластмассы

и клей
3. Мелами-

ноформальде-

гидные смолы
Мел амин (из моче¬

вины) н формаль¬

дегид
Порошок различ¬

ных цветов (в

зависимости от

примесей)
Конструкцион¬

ные пластмассы

и клей
4. Мочевино-

меламино-

формальде-

гидиые смолы
Мочевина, мела-

мнн, формальдегид
Порошок различ¬

ных расцветок (в

зависимости от

примесей)
Конструкцион¬

ные пластмассы

и клей
Эфнропласты
5. Полиэфир¬

ные смолы-

глнфтали
Глицерин (Г) и

фталевая кислота

(Ф) из нафталина
В виде клея и лака
Клей, лаки,

линолеумы
б. Ненасы¬

щенные

полиэфиры (в

стироле)
Малеиновая кис¬

лота (нз бензола) и

двухатомные

спирты (из эти¬

лена)
Вязкожндкий

раствор смолы в

стироле
Изготовление

стеклопластиков

Клей, лаки,

замазки
Эпоксидо-
пласты
7. Эпоксид¬

ные смолы
Фенол н

эпихлоргидркн
Вязкие жидкости

желтого и корич¬

невого цвета
Изготовление

стеклопластиков

и клеев. Плас-

торастворы и

замазки
Амидопласты
8. Полиамид¬

ные смолы и

волокна;

нейлон,

капрон
Фенол, ацетилен,

азот
Гранулы, порошки,

волокна и ткани
Изготовление

тканевых обо¬

лочек в пневма¬

тических КОНСТ¬

РУКЦИЯХ
Полиурета¬
ны
9. Уретано-

пласты
Спирты, диами¬

ны, гексаметиле-

низоционат
Литьевая смола,

волокна, пено-

пласты
Утеплитель,
клей
105

Окончание табл. 1.1'.
Наименова¬

ние группы
Вид, химиче¬

ский состав и

строение поли¬

мера
Исходные
вещества
Внешний вид
Примечание
Полисилок-
саны
10. КремннЙ-

органи-ческие

смолы
Ферросили¬

ций, алкил-

н арилга-

лоиды
Смола, жидкость,

пенопласт
Изготовление

гидрофобных

пленок и доба¬

вок. Утепли¬

тель
Класс В. Химически модифицированные природные полимеры
Эфиры цел*

люлозы
1 Целлопласты

(этил-, бензил-,

нитроацетил¬

целлюлоза)
Древесная

масса, хлопок

(природная

клетчатка)н

кислоты
Листовой материал

(целлулоид) в лаках,

красках
Линолеум, лаки,

краски, клеи,

мелкие поделки
Протенно-
пласты
2. Молочный

казеин
Молочные
продукты
Белый порошок
Клей
Полнм ерн-

зо ванные

раститель¬

ные масла
3. Олифа, тунго¬

вое масло
Растительные
масла
Масло
Древесные
плиты,
линолеум
Класс Г. Природные н нефтяные асфальты и смолы
Битумо-
пласты
1. Сплавы ас-

фальтов с биту¬

мами и пеками
Асфальты,

битум, пек
Темные смолы
Полы, изоляция,

гидрофобизи-

рующие добавки

и пропитки
Примечание. Природные и нефтяные асфальты и смолы являются

высокомолекулярными соединениями, но к полимерам не относятся.
1.6.2.	Особенности пожарной опасности строительных
пластмасс
Полимеры и пластмассы обладают низкой устойчивостью к темпе¬

ратурным воздействиям. Прочность их интенсивно снижается при перехо¬

де из твердого состояния в вязкое или в связи с нарушением структуры по¬

лимера. Изменения физико-механических свойств при нагревании связаны

с необратимыми процессами, и в первую очередь с термоокислительной де¬

струкцией. А так как деструкция происходит при относительно невысоких

температурах, то даже при незначительном нагревании наблюдается суще¬

ственное снижение прочности и изменение других физико-механических

свойств. Это определяется видом и количеством входящих в состав компо¬

нентов. Практически все полимеры при нагревании теряют прочность,

жесткость и увеличивают пластичность. Временное сопротивление в зави¬

симости от температуры интенсивно снижается. Так, у полиэтилена высо¬

кого давления (БД) при нагревании его от (-60)°С до (+ 20)°С оно снижается

в 3 раза, а при нагревании до (+ 100)°С - в 19 раз,
У политрифторэтилена (фторопласта-3) при нагревании от (-60)°С до

( + 20)°С предел прочности при растяжении снижается более чем вдвое, а

п^)и нагревании до (+ 100)°С - в 13 раз. При нагревании винипласта от 0°С до

90°С предел прочности при растяжении снижается в 7 раз. Прочность поли-

метилметакрилата (оргстекла) при нагревании снижается более интенсивно,

чем у других полимеров. При ( + 100)°С она снижается до нуля. Временное

сопротивление растяжению полиамида-6 (капрона) при нагревании от

(-40)°С до (+ 100)°С снижается вдвое. Особенно интенсивное снижение

прочности происходит при нагревании выше 100°С.
Пластические массы в меньшей степени, чем полимеры обладают

значительным снижением прочности при нагревании.
Наиболее стабильными при повышениях температуры являются

свойства кремнийорганических стекловолокнитов, таких как КМС-9.
Одним из показателей термической стойкости материала служит

величина потери массы при нагревании. Потеря массы только на 6-8% вызыва¬

ет большую потерю прочности. Например, при нагреве до 250 “С и последую¬

щей 50-часовой выдержке стекловолокнит АГ-4 теряет 8,5%, а КМС-9 - 2%

своей массы.
Термическая деструкция кремнийорганических стеклопластиков

происходит при температуре выше 350-400°С, для полиэфирных стеклопла¬

стиков - при 250°С. Стеклотекстолит ФН, изготовленный на основе фенол-

формальдегидного полимера, совмещенного с фурфуролом, при нагревании

до 250°С снижает прочность при изгибе в 2,2 раза.
Существует мнение, что все полимеры и пластмассы чрезвычайно

пожароопасны, поскольку все они легко воспламеняются, интенсивно го¬

рят, при пожаре выделяют большое количество дыма и токсичных газооб¬

разных продуктов разложения и горения. Это в корне ошибочное представ¬

ление о пожарной опасности полимерных материалов. Разнообразие видов

полимерных материалов требует строго индивидуального подхода к оценке

пожарной опасности конкретного материала. Числовые значения парамет¬

ров, характеризующих пожарную опасность пластмасс, зависят в первую

очередь от входящего в их состав полимерного связующего, затем - от вида

и количества наполнителей, технологических добавок.
Кроме того, практика, а также многочисленные эксперименты пока¬

зали, что пожарная опасность пластмасс существенно зависит от характе¬

ра огневого воздействия на материал, от особенностей его применения и

условий окружающей среды.
Ориентировочные данные по группам горючести по ГОСТ 30244-94

[4] представлены в табл. 1.18.
Исследованиями установлено, что способность распространения

пламени по поверхности отделочных материалов зависит от вида материа¬

ла, ориентации в пространстве (пол, стена, потолок), материала основания

(подложки). Наиболее существенное влияние на способность распростране¬

ния пламени по поверхности материалов оказывает величина теплового воз¬

действия.
Для каждого материала существует критическая поверхностная

плотность теплового потока (КППТП), ниже которого распространение

пламени не происходит (табл. 1.19).
107

Таблица 1.18
Горючесть некоторых полимерных строительных материалов
Наименование материалов и изделий
Шифр технической документации на

материал
А. Горючие материалы (ГЗ, Г4)
Плиты древесностружечные (ДСП)
ГОСТ 10632-77
Плиты древесноволокнистые (ДВГТ)
ГОСТ 4598-74
Стеклопластик полиэфирный листовой
МРТУ 6-11-134-79
Стекло органическое:
-	конструкционное
-	техническое
ГОСТ 15809-70

ГОСТ 17622-72
Пластик бумажноволокнистый декора¬

тивный
ГОСТ 9590-76
Плнты теплоизоляционные из пенопла¬

ста полистирольного
ГОСТ 15583-70
Дивин ил стирольный герметик
ТУ 38405-139-76
Эпоксидно-каменноугольная мастика
ТУ 21-27-42-77
Полиуретановые пенопласты.
-	ППУ-316
-	ППУ-317
ТУ 6-05-221-359-75

ТУ 6-05-221-368-75
Поливинилхлоридный пенопласт мар¬

ки:
-ГТВ-1

- ПХВ-1
ТУ 6-06-1158-77

ТУ 6-05-1179-75
Прокладки уплотняющие пенополиуре¬

тановые
ГОСТ 10174-72
Пленка полиэтиленовая
ГОСТ 10354-73
Пленка полистирольная
ГОСТ 12998-73
Пергамин кровельный
ГОСТ 2697-75
Рубероид
ГОСТ 10293-82
Прокладки резиновые
ГОСТ 19177-81
Фольгоизол
ГОСТ 204429-75
Б. Трудногорючие материалы (Г1, Г2)
Плиты теплоизоляционные из пенопла-

стов на основе резольных фенолфор-

мальдегидных смол

Пенопласт ФРП-1 при р0 > = 80 кг/м3
ГОСТ 20916-75
Эмаль ХП-799 на хлорсульфнро ванном

полиэтилене
ТУ 84-618-75
Битумно-полимерная мастика БПМ-1
ТУ 6-10-882-78
Плиты древесноминеральные
ТУ 66-16-26-83
Стеклотекстолит конструкционный
ГОСТ 10292-74
Плиты и маты теплоизоляционные из

минеральной ваты на синтетическом

связующем марок 50-125
ГОСТ 95573-82
Маты минераловатные прошивные
ГОСТ 21880-76
Стеклопластик рулонный на перхлор-

виниловоы лаке
ТУ 6-11-416-76
108

Окончание табл. 1.18
Наименование материалов и изделий
Шифр технической документации на

материал
Листы гнпсокартонные (TKJT)
ГОСТ 6266-81
Листы гипсоволокнистые (ГВЛ)
ТУ 21-34-8-82
Плиты цементноструяссчные ПДСП)
ТУ 66-104-83
В. Негорючие ма1еркалы (НГ)
Стеклопор
ТУ 21-РСФСР-2.22-74
Плиты перлитофосфогелевые теплоизо¬

ляционные
ГОСТ 21500-76
Таблица 1.19
Величина КППТП для некоторых материалов
Материал (положение - "стена")
КППТП кВт/м2
Группа распространения

пламени
Древесно-волокнистая плита
3
РП4
Масляная краска МП-21-39
3
РП4
ДБСП (ГОСТ 9590-76)
15,0
РП1
ДБСП - антипнрированный
(ТУ 400-1-18-84)
20,4
РП1
Бумага "Декор Дуб-59"
26
РП1
В табл. 1.20 представлены данные по дымообразующей способности

строительных материалов.
Таблица 1.20
Дымообразующая способность некоторых строительных материалов
Наименование материала (изде¬

лия из него)
Стандарты или ТУ
Коэффициент дымообразования

Dmy м^кг
тления
горения
А. Материалы с высокой дымообразующей способностью /)* > 500, группа ДЗ (2, 3|
Обои ПВХ на бумажной основе
ТУ 21-29-11-72
1560
630
Пенопласт ПВХ
СТУ 14-07-41-64
2090
1290
Полистирол
ВТУ 33078-60
280
760
Пенопласт ПСБ-С
ГОСТ 15588-70
1660
770
Пенополистирол ПС-1 -600
1610
1050
Пенополиуретаны:
ПГТУ-Зс
ОСТ 5.3025-82
770
530
ППУ-7т
ВТУ 8-98-67
1430
610
Марка ОПС-2
ТУ 6-01-2-509-77
550
470
Плиты древесноволокнистые
ГОСТ 8904-66
760
130
Стеклопластик
ТУ 6-11-10-62-81
640
340
Полиэтилен
ГОСТ 16337-70
1290
890
Пленка ПВХ марки ПДО-15
ГОСТ 24944-81
640
400
Б. Материалы с умеренной дымообразующей способностью Dm 50- 500, группа Д2 |2, 3|
Декоративный бумажно-

слоистый пластик (ДБСП)
ГОСТ 9590*76
180
80
ТУ 400-1-18-79
150
30
Линолеум ПВХ плиточный
ГОСТ 164-75
250
260
109

Окончание табл. 1.2и
Наименование материала (изде¬

лия из него)
Стандарты или ТУ
Коэффициент дымообразовання

D*. м^/кг
тления
горения
Линолеум ПВХ однослойный
ТУ-21-99-90-80
130
440
Стекло органическое, марка СТ-1
ГОСТ 15809-70
310
140
Пленка ПВХ марки ПДО-15
ГОСТ 244944-81
640
400
Плиты древесноволокнистые
ТУ 13-51-2-79
240
10
огнезащищенные П11У-306
ТУ 203-71
70
250
Стеклотекстолит KJICT-B
90
50
В. Материалы с малой дымообразующей способностью Dm < 50,
группа Д1
Пенопласт ФРП
ТУ 6-05-221-304-74
1 5
5
В табл. 1.21 представлены данные по составу и токсичности продук¬

тов горения некоторых строительных материалов.
Анализ гибели людей на пожарах показал, что главной причиной,

вызвавшей смерть, является отравление оксидом углерода. Это связано

прежде всего с тем, что оксид углерода выделяется в больших количествах

при термическом разложении и горении практически всех материалов орга¬

нического происхождения. Кроме того, оксид углерода приблизительно в

300 раз активнее, чем кислород взаимодействует с гемоглобином крови.

Это приводит к образованию карбоксигемоглобина крови вместо оксиге-

моглобина, который является поставщиком кислорода всем участкам чело¬

веческого организма.
Таблица 1.21
Токсичность продуктов горения полимерных материалов
Наименование

материала

(изделия из него)
Стандарт, ТУ
Выделение продуктов горения,
мг-'г
Показатель

токсич¬

ности, г/м*3
Группа
токсич¬
ности
[2]
СО
COi
HCN
окислы
азота
Целлюлоза
ТУ-81-04-543-79
60,0
1152
45,0
Т2
Линолеум ПВХ

экструзионный
ТУ 400-1-484-73
69,3
777
-
-
61,0
Т2
Древесностружеч

ная плита
ГОСТ 10632-77
108
857
-
-
49,0
Т2
Стеклопластик
ПН-1
ОСТ 6-11-390-

75
57,9
1270
0,06
-
63,0
Т2
Пенополиуретан
ПУ-318
ТУ 6-05*221-

469-79
121
944
5,19
12,2
26,0
ТЗ
Пенополистирол
ГОСТ 15588-70
-
-
39,7
ТЗ
Пенопласт ФРП
ВТУ ВНИИСС

№ 50-65
539
656
1,56
0,99
6,6
Т4
Декоративный

бумажнослонс-

тый пластик

(Дб СП)
ГОСТ 9590-76
-
-
-
-
11,2
Т4
110

1.6.3.	Показатели, используемые для сравнительной

оценки пожарной опасности строительных пластмасс

и в пожарно-технических расчетах
Показатели, охарактеризованные выше, используются для класси¬

фикации строительных материалов в противопожарном нормировании. Од¬

нако полная характеристика пожарной опасности далеко не исчерпывает¬

ся этими показателями. В настоящее время известен целый ряд показателей,

которые также характеризуют горючесть материалов и сопутствующие яв¬

ления. Эти показатели используют для сравнительной оценки материалов, а

также на практике для пожарно-технических расчетов.
Наиболее широко для сравнительной оценки полимерных материа¬

лов в целом и строительных пластмасс в частности используют метод опре¬

деления «предельного кислородного индекса» - КИ. По физическому

смыслу предельный кислородный индекс - это минимальное содержание

кислорода в воздухе, при котором еще наблюдается устойчивое

диффузионное горение [3]. Он может быть выражен в разных

относительных единицах - в малых, массовых и объемных долях или в

процентах. Чем выше значение предельного кислородного индекса для

материала, тем этот материал менее горюч, поскольку для поддержания

устойчивого горения требуется большее количество кислорода. Числовые

значения кислородного индекса некоторых полимеров, используемых в

производстве строительных материалов, представлены в таблице 1.22. Из

этих данных видно, что подавляющее большинство материалов имеет КИ

меньше, чем у фенолформальдегидной смолы (КИ = 35,0), относящейся к

группе горючести материалов - Г2, т.е. эти данные согласуются с данными

таблицы 1.19., показывающими, что подавляющее число полимерных

строительных материалов относится к группам материалов по горючести

ГЗ, Г4.
Важным показателем, характеризующим пожарную опасность ве¬

ществ и материалов, в том числе строительных, является низшая теплота

сгорания. Числовые значения теплоты сгорания полимеров измеряются в

пределах 4,6 МДж/кг (политетрафторэтилен) - 46,5 МДж/кг (полиэтилен,

полипропилен). Это во многом объясняет тот факт, что пожары в современ¬

ных зданиях, насыщенных полимерными материалами, развиваются более

интенсивно.
В табл. 1.23 приведены числовые значения теплоты сгорания для не¬

которых полимеров и полимерных строительных материалов.
Числовые значения низшей теплоты сгорания используют для расче¬

та пожарной нагрузки в помещениях и температурного режима развития

пожара.
11!

Массовая скорость выгорания, как и скорость распространения пла¬

мени по поверхности, главным образом зависит от вида материала и от ин¬

тенсивности теплового воздействия на материал. Для строительных матери¬

алов этот показатель лежит в пределах от 0,1 до 10 кг/м2 (с 1 м2 поверхнос¬

ти за 1 с может выгореть от 0,1 до 10 кг материала), выделяя при этом соот¬

ветствующее количество тепла, дыма и токсичных продуктов горения.
Таблица 1.22
Кислородный индекс полимерных материалов
Материал
КИ, %
Полиформальдегид
15.0
Полиуретановые пены
15,7
Ацетатцеллюлоэа
16,0-17,0
Полиметилметакрилат
17,3
Полиэтилен
17,4
Полистирол
17,8
Целлюлоза
19,0
Эпоксидная смола
19,8
Полиамид 6,6
24-29
Фенолформальдегид
35,0
Поливинилхлорид
45-49
Политетрафторэтилен
95,0
Таблица 1.23
Теплота сгорания полимерных материалов
Наименование
QH, МДж/кг
А. Полимеры
Политетрафторэтилен
4,6
Поливинилхлорид
18,1
Полиамид-6
20,5
Полиэтилентелфталат
22,0
Полиметилметакрилат
26,6
Полистирол
41,4
Полиэтилен
46,4
Полипропилен
46,5
Б. Материалы
Пенопласт на основе пенополиуретана с антипиренами
15,5
Пенопласт на основе пенополиуретана
24,0
Стеклопластик на эпоксидной основе
16,9
ДБСП (ГОСТ 9520-76)
20,3
ДБСП антипирированный
18,6
Линолеум поливинилхлоридный экструзионный
17,9
Линолеум поливинилхлоридный вспененный
23,8
Строительный войлок
20,8
Пенопласт на основе пенополиуретана ПГТУ-306
28,4
112

1.7.	ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ, АКУСТИЧЕСКИЕ,

ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

И ИХ ПОВЕДЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА
В связи с тем, что данная группа классифицируется не по виду ма¬

териалов, а по назначению, и состоит из материалов различных видов, при

изучении их пожарной опасности и поведения в условиях пожара рекомен¬

дуется пользоваться соответствующими структурными схемами, приведен¬

ными на рис. 1.1 (общая), 1.12, 1.46, 1.56.
1.7.1.	Основные виды теплоизоляционных

и акустических материалов, применяемых

в строительстве
Теплоизоляционными называют материалы, обладающие малой теп¬

лопроводностью (Я < 0,21 Вт/м К) и предназначенные для тепловой защиты

зданий, горячих поверхностей оборудования, трубопроводов и камер холо¬

дильников.
Они характеризуются пористым строением, малой объемной мас¬

сой. Поскольку теплопроводность воздуха, заполняющего поры материа¬

ла, очень мала (Яв = 0,02 Вт/м • К), то с увеличением пористости понижает¬

ся теплопроводность материала. Меньшей теплопроводностью обладают

материалы с мелкими закрытыми порами. В крупных открытых порах воз¬

никают конвективные потоки воздуха, переносящие тепло, что повышает

теплопроводность материала. С увеличением влагосодержания повышается

теплопроводность материалов, т.к. теплопроводность воды значительно

выше, чем воздуха.
Применение теплоизоляционных материалов и изделий в строитель¬

стве позволяет уменьшить толщину стен.
Классифицируют теплоизоляционные материалы и изделия из них

по различным признакам, например, по виду исходного сырья: органичес¬

кие и неорганические. Органические имеют недостатки по сравнению с не¬

органическими - более высокую гигроскопичность, загниваемость, горю¬

честь, меньшую прочность и теплостойкость.
Ахустические материалы. Материалы, обладающие свойствами по¬

глощать звук, называют звукопоглощающими, а способные изолировать

помещения от проникновения звука - звукоизоляционными. Общее назва¬

ние их — акустические материалы. Акустические материалы классифици¬

руют так же, как и теплоизоляционные: по характеру строения, виду сырья,

объемной массе. Звукоизоляционные материалы применяют в виде просло¬

ек в междуэтажных перекрытиях, во внутренних и наружных стенах. К зву¬

коизоляционным материалам и изделиям относят маты и плиты полужест-
113

и пеки применяют главным образом в разогретом состоянии, т.к. в холод¬

ном виде они имеют высокую вязкость. Кроме того, их растворяют в орга¬

нических растворителях. Смеси дегтя и пека используют для производства

кровельного толя, приклеивающих и покрасочных дегтевых мастик.
Битумные и дегтевые эмульсии и пасты. Эмульсии представляют со¬

бой водобитумные или вододегтевые дисперсии (физические растворы).

Обычно в эмульсиях содержится около 50% воды, 45% битума или дегтя.

Преимущество эмульсий — возможность использования их в холодном

виде. Битумные и дегтевые материалы в строительстве применяют для ок¬

раски кровель, устройства гидро- и пароизоляционного покрытия, прикле¬

ивания штучных и рулонных материалов, а также для покрытия поверхно¬

стей с целью их гидрофобизации (водоотталкивания - несмачиваемости).
Кровельные и гидроизоляционные материалы. В зависимости от

применяемого вяжущего кровельные и гидроизоляционные материалы под¬

разделяются на битумные и дегтевые. Между кровельными и гидроизоляци¬

онными материалами нельзя провести четкой границы, т.к. один и тот же

материал может быть использован и как кровельный, и как гидроизоляци¬

онный или пароизоляционный. По внешнему виду выпускаемые материалы

разделяют на рулонные и листовые, мастики, пасты и эмульсии.
Рулонные материалы водонепроницаемы, обладают малой теплопро¬

водностью. Однако они менее долговечны, чем асбестоцементные или кера¬

мические и, кроме того, горючи. Для производства всех видов рулонных

кровельных битумных и дегтевых материалов в качестве основы применя¬

ют кровельный картон, изготавливаемый из смеси растительных волокон,

размолотого тряпья, макулатуры и целлюлозы; в его состав могут входить

и волокна асбеста. Эти материалы на картонной основе разделяют на 2 вида:

покровные и беспокровные. Первые получают путем пропитки основы би¬

тумом или дегтем и нанесения на поверхность покрытия из вяжущего с ми¬

неральным наполнителем. Вторые изготавливают без минеральных покры¬

тий. К первому виду, например, относится рубероид, ко второму пергамин.

Толь выпускают как покровный, так и беспокровный.
Рубероид - кровельный и изоляционный материал, изготавливае¬

мый путем пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами и

последующего покрытия тугоплавкими нефтяными битумами с обеих сто¬

рон.
Стеклорубероид изготавливают путем нанесения на стекловолокни¬

стый холст двустороннего битумного покрытия. Основное преимущество

стеклорубероида перед обычным — более высокая прочность его

основы — стеклохолста по сравнению с картоном.
Пергамин изготавливают из кровельного картона, пропитанного не¬

фтяным битумом. В отличие от рубероидов пергамин не имеет на поверхно¬

стях покровного слоя битума и какой-либо посыпки. Применяют пергамин

в основном для нижних слоев многослойных кровельных покрытий при ук¬

ладке на горячих мастиках, а также для пароизоляции.
115

ГиАроизол — беспокровный гидроизоляционный материал, изготов¬

ленный путем пропитки асбестовой бумаги нефтяными битумами. Основ¬

ное его назначение - гидроизоляция подземных сооружений и устройство

антикоррозийных покрытий трубопроводов. Гидроизол относят к группе

горючих материалов (Г4).
Изол — получают путем смешивания нефтяного битума с резино¬

вой крошкой и асбестовым волокном.
Бризол (битумно-резиновая изоляция) - рулонный гидроизоляцион¬

ный материал, состоящий из нефтяного битума, дробленной резины, асбе¬

ста и пластификаторов. Применяют для защиты от коррозии подземных

трубопроводов.
Толь получают путем пропитки специального картона каменноу¬

гольным дегтем и пеком. Обе стороны покрывают специальной минераль¬

ной посыпкой из сланцевой и асбестовой крошки, кварцевого песка и до¬

менных шлаков. Применяют в основном для покрытия временных объектов

строительства, а также гидроизоляции фундаментов, подвалов и прочих

подземных сооружений.
Битумные и дегтевые мастики. По способу применения их делят на

горячие и холодные. Горячие - применяют с предварительным подогревом

до 130-180°С. Холодные — без подогрева до температуры воздуха не ниже

5°С. Мастики всех видов содержат наполнители минеральные и органичес¬

кие. Горячие мастики применяют для приклеивания кровельного ковра к

основанию, склеивания отдельных слоев ковра между собой, устройства

мастичных кровель, армированных стекловолокнистыми материалами. Хо¬

лодные мастики обычно растворяют на бензине, лигроине, уайт-спирите,

керосине, нефтяных маслах. Применяют их для приклеивания рулонных ма¬

териалов, устройства защитного покрытия, для гидро- и пароизоляции.
1.7.3.	Неорганические теплоизоляционные материалы

и их поведение в условиях пожара
Минераловатные изделия.
Изготавливают на основе различных связующих. Минеральная вата

представляет собой теплоизоляционный материал, состоящий из тонких

стекловидных волокон, получаемых путем распыления жидкого расплава

горных пород или металлургических шлаков.
Марки минеральной ваты (т.е. объемная масса) колеблются от 75 до

150 кг/м3; Я- от 0,035 до 0,046 Вт/м К. Предельная температура применения

(пр = 600°С. Используют в качестве засыпок и набивок. Из минеральной

ваты изготавливают в основном следующие виды изделий:
Минераловатные плиты изготавливают с добавкой вяжущих (смолы,

битума, глины). Плиты на фенольной связке обладают следующими характери¬

стиками: объемная масса — 100-175 кг/м3; Я = 0,05 Вт/м • К; t = 200°С. Пли¬

ты на битумной связке: объемная масса - 250-400 кг/м3; Я = 0,06- 0,08 Вт/м • К.

Кроме плит, из минеральной ваты изготавливают скорлупы и маты. Горючесть

116

минераловатных изделий зависит от вида и количества связующего веще¬

ства: негорючие (НГ) — связующее - глина или горючее связующее при

содержании до 6% по массе; горючие (Г1, Г2) - 7-15%; горючие (ГЗ, Г4) -

более 15%.
Акмигран - акустические плиты из минеральной гранулированной

ваты. Состав: минвата - 65%; глина - 20%; крахмал - 12%; парафин и бура
—	1%. Объемная масса — 350-400 кг/м3, Я = 0,098 Вт/м • К. Горючий мате¬

риал (Г 1, Г2) применяют как отделочный для подвесных потолков.
Материалы на основе стекла.
Стеклянная вата. Получают из сырья, служащего для изготовления

стекла (Si02, сода и др.), а также из расплава стеклянного боя. Стеклянные

волокна прочнее волокон минеральной ваты. Свойства аналогичны. Объем¬

ная масса - 130 кг/м3 (в рыхлом состоянии); t = 450°С; Я < 0,052 Вт/м • К.

Стеклянную вату используют главным образом в виде матов.
Ячеистое стекло — высокопористый (Л = 80-95%) материал, получа¬

емый обжигом при температуре 900-1000°С смеси стеклянного порошка и

газообразователя (известняк, кокс, антрацит). Объемная масса —

200-400 кг/м3; = 800°С; Я = 0,128 Вт/м • К; Rcm = 2-6 МПа. Производится

в виде блоков и плит. Предназначается главным образом для теплоизоляции

ограждающих конструкций зданий.
Материалы на основе вспученного перлита.
Вспученный перлит — сыпучий материал, получаемый путем обжи¬

га (1-2 мин) водосодержащей горной породы при температуре 700-1250°С. В

результате задержки удаления воды при быстром нагревании перлита про¬

исходит увеличение его объема в несколько раз (до 20). Объемная масса -

75-200 кг/м3; Я = 0,4-0,6 Вт/м • К; f = 600 - 900°С - в зависимости от вида

связующего в изделиях. Вспученный перлит применяют в сыпучем виде (пе¬

сок) и в виде изделий. Песок применяют в качестве заполнителя для тепло¬

изоляционных бетонов, растворов, изделий, а перлитовый щебень в каче¬

стве пористого заполнителя для теплоизоляционных и легких бетонов.
Вермикулитовые изделия.
Вспученный вермикулит - сыпучий, зернистый материал, получа¬

емый путем обжига (3-5 мин) при температуре 800-1000°С минерала верми¬

кулита, представляющего собой природные гидратированные слюды (алю¬

мосиликаты магния). При этом его объем увеличивается в 20 и более раз.

Объемная масса - 100-200 кг/м3; Я = 0,004-0,075 Вт/м • К; 1 =1100°С.
ар
Применяют как наполнитель в огнезащитных красках и обмазках;

также как и перлит, используется в качестве заполнителя для бетонов и

штукатурных растворов.
Вулканический пепел, песок, пемза, туф.
Пористые горные породы, объемная масса — 400-1400 кг/м3;

Я = 0,11 -0,33 Вт/м • К; tDp = 1300°С. Используют в качестве теплоизоляционных
117

засыпок и набивок, а также в виде плит, блоков и других изделий для теп

лоизоляции зданий,
Кроме перечисленных, выпускают плиты и маты из волокон базаль

та, кремнезема. Теплоизоляционные материалы на неорганической основе

относятся к группе негорючих материалов, Исключение составляют плить

с использованием органических связующих. Их горючесть зависит от вид;

и количества связующего. Особенностью поведения в условиях пожара не

органических теплоизоляционных материалов является потеря структурной

целостности и снижение, а порой полная утрата теплоизолирующих

свойств.
1.7.4.	Пожарная опасность органических

теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов
Органические теплоизоляционные материалы получают из расти

тельного сырья и отходов: древесных стружек, опилок, костры, камыша

торфа и других, а также на основе полимеров.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из отходов дре

весины путем формования и пропитки синтетическими смолами. Объемна5

масса — 250 кг/м3; Я = 0,75 Вт/м • К. Плиты горючи (Г4). Легко загораютс)

и горят даже под слоем штукатурки или другого облицовочного материала

что обусловлено наличием достаточного количества воздуха в порах. Сле

довательно, поверхностные методы огнезащиты для этого материала мало

эффективны.
Древесно-стружечные плиты (ДСП) изготавливают путем горячегс

прессования древесных стружек, пропитанных полимерным связующим

Объемная масса - 250-400 кг/м3; Я = 0,058 Вт/м • К. Плиты горючи (Г4). И)

пожароопасные свойства определяются видом связующего и древесньп

стружек.
Фибролит применяют для теплоизоляции; объемная масс;

300-350 кг/м3. Существует еще конструкционный фибролит с объемно(

массой 400-500 кг/м3. Фибролит при объемной массе > 300 кг/м3 - горюч

(ГЗ).
Торфоплиты. Сырьем служит молодой, еще не перегнивший торф, с

большим количеством мха. Плиты получают горячим прессованием. Вяжу

щего материала для скрепления волокон торфа не требуется, т.к. при тем'

пературе 120-150 °С содержащиеся в торфе коллоидальные вещества склей

вают волокна торфа и переходят в нерастворимое состояние. Объемная

масса - 170-250 кг/м3 (при влагосодержании 15%); Я = 0,058-0,07 Вт/м*К

Кр< Ю0°С. Торфоплиты горючи (Г4) - горят открытым пламенем и интен'

сивно переугливаются, что затрудняет тушение пожара. Для защиты от воз¬

горания плиты оштукатуривают. Торфяные теплоизоляционные плиты при¬

меняют для изоляции стен и перекрытий. В связи с появлением новых, бо

лее эффективных теплоизоляционных материалов, производство плит со

кращается.
118

Строительный войлок изготавливают из низких сортов шерсти с добав¬

лением льняной пакли и клеящих веществ. Объемная масса - 150-200 кг/м3;

А = 0,06 Вт/м • К. Материал горюч (ГЗ-Г4). Чаще горит не открытым пламе¬

нем, а интенсивно тлеет, выделяя удушливый дым. Понижение горючести

достигается пропиткой его глиняным раствором.
Пакля представляет собой спутанные волокна отходов обработки

льна, конопли. Объемная масса - 150 кг/м3; А = 0,06 Вт/м • К, легковоспла¬

меняющийся материал (Г4).
Камышит и соломит - спрессованные плиты из камыша, тростника

или соломы. Объемная масса - 200-250 кг/м3; А = 0,08-0,11 Вт/м • К. Мате¬

риалы горючие (Г4). Для защиты от возгорания, гниения и грызунов ошту¬

катуривают. Применяют для заполнения стен и перекрытий, для устройства

перегородок.
В группу органических теплоизоляционных материалов входят так¬

же газонаполненные пластики, которые рассматривались в разделе 1.6.
Битумные и дегтевые материалы являются горючими (ГЗ-Г4), по¬

скольку их изготавливают на горючих вяжущих веществах и заполнителях.

Более показательными характеристиками для данных материалов являются

температуры воспламенения, самовоспламенения и вспышки. В частности,

нефтяные битумы имеют следующие характеристики: { = 184-270°С

tKn = 285-351°С; tKn = 368-397°С. Кроме того, битумы при нанесении на шла¬

ковату склонны к самовозгоранию. Материалы на основе битума имеют

следующие характеристики. Изол имеет tt = 345°С; (с> = 410°С, бризол -

f, = 340°С; ta = 405°С. При температуре 70°С изол и бризол склонны к са¬

мовозгоранию. Мастика резино-битумная имеет t = -30°С.
1.8.	СПОСОБЫ ОГНЕЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ
1.8.1.	Исходные сведения об огнезащите органических

материалов
Концепции огнезащиты органических материалов основаны на

классическом «треугольнике горения» (горючее — окислитель - источник

зажигания). Чтобы предотвратить или затормозить горение материала с

последующими процессами (дымовыделения, образования токсичных про¬

дуктов) необходимо или исключить один из компонентов «треугольника»,

или разорвать связи между «углами», физическими и химическими метода¬

ми. К физическим методам относятся:
замедление подвода тепла к материалу за счет теплоизолирующего

экранирования его поверхности;
охлаждение зоны горения в результате увеличения отводов тепла в

окружающую среду;
119

ухудшение условий переноса реагентов (горючих паров, газов и кис¬

лорода) к фронту горения (создание физического барьера между материа¬

лом и окисляющей средой).
К химическим методам могут быть отнесены:

целенаправленные изменения структуры материала, соотношения и

состава его материала;
воздействие химических реагентов — ингибиторов газофазных ре¬

акций горения;
воздействие химических реагентов, влияющих на твердофазные

процессы пиролиза.
В ряде случаев снижение горючести материала ведет к снижению

его дымообразующей способности и уменьшению выхода токсичных про¬

дуктов, однако часто наблюдается увеличение дымообразования и токсич¬

ности продуктов горения при его торможении. Например, это характерно

при введении в полимеры галогенсодержащих антипиренов. Способы подав¬

ления дымообразования и выхода токсичных продуктов базируются на зна¬

нии механизма этих процессов. В частности, активное дымоподавление про¬

исходит при введении в состав полимеров гидратированных минералов. Раз¬

лагаясь при высокой температуре, гидроксиды выделяют большое количе¬

ство влаги, которая адсорбирует частицы дыма.
Снижение выхода токсичных продуктов осуществляют:

путем простого разбавления;
изменением хода реакций пиролиза и горения, в результате чего

увеличивается выход инертных веществ;
путем поглощения и связывания токсичных компонентов.
1.8.2.	Огнезащита древесины и изделий на ее основе
Способность древесины воспламеняться и гореть является недостат¬

ком, во многом сдерживающим более широкое применение ее в строитель¬

стве. В то же время многочисленные достоинства древесины вызывают к

ней повышенный интерес и стремление к более широкому использованию

в качестве декоративно-отделочного и конструкционного материала.

Чтобы уменьшить пожарную опасность древесины, связанную с ее способ¬

ностью воспламеняться и гореть, древесину подвергают огнезащитной

обработке. Как показала практика, использование огнезащитной обработ¬

ки древесины значительно уменьшает вероятность ее воспламенения от

маломощных источников, увеличивает время задержки воспламенения при

действии более мощных источников и открытого пламени, а также замед¬

ляет процесс распространения пламени по поверхности деревянных изделий

и конструкций.
В качестве огнезащитных средств для древесины и деревянных кон¬

струкций применяют: теплоизолирующие «одежды», огнезащитные покры¬

тия (к числу которых относят краски, обмазки), растворы огнезащитных

веществ-антипиренов. Физический механизм огнезащитного действия
120

этих средств основан на разрушении одной из связей в классическом треу¬

гольнике горения. Так, теплоизолирующие одежды защищают поверхность

древесины от действия источника тепла и тем самым препятствуют проте¬

канию процессов терморазложения древесины и воспламенения ее продук¬

тов разложения. В качестве теплоизолирующих (термоизолирующих) одежд

используют: штукатурку (мокрую и сухую листовую), другие минеральные

и листовые материалы, вспучивающиеся покрытия.
Краски и обмазки выполняют газо-изолирующую функцию. Они

препятствуют выходу продуктов разложения из древесины и проникнове¬

нию к ним кислорода воздуха. В результате затрудняются условия образо¬

вания горючей смеси в газовой фазе.
Антипирены, как правило, оказывают влияние на процессы термо¬

окислительного разложения, воспламенения и горения древесины. В частно¬

сти, фосфоросодержащие антипирены, которые наиболее широко исполь¬

зуют для огнезащиты древесины, усиливают процесс ее карбонизации, что

приводит к уменьшению выхода горючих продуктов разложения
Все применяемые для огнезащиты древесины методы можно разде¬

лить на физические, химические и смешанные, а также на поверхностные,

глубокие и комбинированные. К физическим методам следует отнести при¬

менение теплоизолирующих одежд, инертных красок и обмазок. К хими¬

ческим методам относят пропитку антипиренами. Применение красок и об¬

мазок, содержащих антипирены, можно отнести к смешанным методам. В

свою очередь, поверхностными методами огнезащиты являются: использо¬

вание термоизолирующих одежд, красок и обмазок, поверхностной про¬

питки антипиренами. К методам глубокой огнезащиты относят пропитку

древесины в автоклавах под давлением и в горяче-холодных ваннах. К ком¬

бинированным методам огнезащиты можно отнести глубокую пропитку

древесины в горяче-холодных ваннах с последующей окраской атмосферо¬

устойчивой огнезащитной краской.
Важным условием эффективности и надежности любого метода ог¬

незащитной обработки древесины является строгое соблюдение технологи¬

ческого регламента работ по огнезащите. Как правило, этот регламент из¬

ложен в ГОСТ на конкретный метод обработки, а также в технических тре¬

бованиях и инструкциях. В регламенте указывают материалы и вещества,

которые следует применять для обработки, а также их возможные замени¬

тели. Состав и способ приготовления огнезащитной композиции: способ ее

применения - поверхностное нанесение или глубокая пропитка: оборудова¬

ние для проведения огнезащитной обработки; нормы расхода состава на

единицу поверхности или объема обрабатываемой древесины; количество

наносимых слоев и условия сушки при поверхностной обработке; огнеза¬

щитную эффективность применяемого метода. Кроме того, в регламенте

могут быть оговорены особые условия проведения и применения обработ¬

ки: влажность обрабатываемой древесины, температура и влажность окру¬

жающего воздуха, химическая агрессивность среды и т.д. В частности,
121

большинство огнезащитных красок и обмазок следует наносить при темпе¬

ратуре окружающего воздуха не ниже + 10°С и влажности воздуха не более

70%.
Поверхностные огнезащитные средства
Традиционно применяют следующие средства.
Силикатная краска СК-Л. Состав: жидкое натриевое стекло - 54%,

литопон - 39%, вермикулит — 7%. Способ приготовления: к смеси литопо¬

на с вермикулитом добавляют небольшое количество жидкого стекла и мас¬

су тщательно перетирают до образования однородной пасты. В получен¬

ную пасту при непрерывном перемешивании добавляют остальное количе¬

ство жидкого стекла. Краску наносят ровным слоем кистью за три раза с

перерывом между нанесениями каждого слоя не менее 6 ч. Расход краски

на 1 м2поверхности — 500 г.
Суперфосфатная обмазка. Состав: суперфосфат сухой — 70%,

вода — 30%. Способ приготовления: в посуду засыпают требуемое

количество суперфосфата и к нему при непрерывном перемешивании

добавляют воду до получения молярной консистенции. Приготовленная

обмазка пригодна для работы в течение 5-6 ч. Обмазку наносят ровным

слоем кистью за два раза. Время сушки между нанесением каждого слоя не

менее 24 ч. Расход обмазки - 1200 г/м2.
Известково-глиносолевая обмазка ИГС. Состав: известковое тесто
-	74%, глина - 4%, соль поваренная - 11%, вода - 11%. Способ приготов¬

ления: известь, просеянную через сито, замешивают с водой в соотношении

1:1. Поваренную соль просеивают через сито, смешивают с требуемым ко¬

личеством воды и на этой смеси замешивают необходимое по рецепту ко¬

личество глины. Полученное глиняное тесто смешивают с ранее приготов¬

ленным известковым тестом. Обмазку наносят кистью в два слоя с проме¬

жуточной сушкой после нанесения первого слоя не менее 10 ч. Срок высы¬

хания обмазки при температуре 18-20°С - 12 ч. Расход обмазки -

1400 г/м2.
Покрытие по древесине фосфатное огнезащитное ОФП-9

(ГОСТ 23790-79). Состав: сухая смесь, в которую входят полиметафосфаты

натрия 35-40%, зола уноса ТЭС — 14-16%, железный сурик или окись цинка
-	4-6%, тиомочевина — 18-22% - 5 весовых частей; вода водопроводная — 4

весовых части. Вместо теомочевины можно применять мочевину, тогда

необходимо брать 4 весовых части сухой смеси без мочевины и 1 весовую

часть мочевины. Способ приготовления: сухую смесь засыпают в сосуд с

необходимым количеством воды, подогретой до температуры 20-70°С, и пе¬

ремешивают до получения однородного состава. При применении мочевины

ее предварительно растворяют в воде, а затем добавляют сухую смесь.

Покрытие наносят в три слоя пневмораспылителем. Каждый слой покрытия

должен быть высушен не менее 2 ч при температуре 50°С или 24 ч - при ес¬

тественной температуре. Толщина покрытия - 0,6-0,8 мм, расход сухой

смеси 500-700 г/м2.
122

Покрытие по древесине вспучивающееся огнезащитное ВПД

(ГОСТ 25130-82). Состав, %: меламин и мочевиноформальдегидная смола -

31,9%, 5%-й водный раствор натриевой соли и карбоксиметилцеллюлозы —

15,9%, мелем - 18,4%, дициандиамид - 6,3%, аммофос - 27,5%. Исходную

композицию в виде густотертой пасты разбавляют водой до требуемой кон¬

систенции. Покрытие наносят до толщины 0,2 мм, расход 700 г/м2.
Состав ТХЭФ - раствор треххлорэтилфосфата в четыреххлорис¬

том углероде наносят на древесину пропиткой в холодных ваннах, кистью

или валиком, расход - 600 г/м2.
Вспучивающееся покрытие «Экран-Д» - смесь термостойких газо¬

образующих наполнителей в водном растворе мочевиноформальдегидной

смолы и жидкого стекла, состав изготовляют в заводских условиях и вы¬

пускают в двух частях - А и Б. Обе части перемешивают до получения од¬

нообразной массы. Расход сырого состава — 1,2-1,5 кг на один слой покры¬

тия, количество слоев - не менее трех, общая толщина покрытия 3-3,5 мм.
Кроме того, в последние годы появилось много новых отечествен¬

ных огнезащитных средств, разрабатываемых и применяемых малыми пред¬

приятиями. Также нашли широкое использование в нашей стране импорт¬

ные огнезащитные средства.
Пропитка древесины антипиренами
Поверхностная пропитка антипиренами. Состав: фосфорнокислый

аммоний (диаммонийфосфат) — 20%, сернокислый аммоний (сульфат аммо¬

ния) - 5%, керосиновый контакт - 3%, вода - 72%. Приготовление раство¬

ра: в теплой воде (75% от общего количества ее по рецепту) размешивают

фосфорнокислый аммоний и подливают керосиновый контакт, добавляют

сульфат аммония, перемешивая его до растворения. Затем доливают остав¬

шееся количество воды, за вычетом избытка воды, содержащейся в разбав¬

ленном керосиновом контакте; раствор тщательно перемешивают и дают

отстояться в течение суток. Способ пропитки: раствор наносят на поверх¬

ность изделия кистью или краскопультом. При обработке раствором ком¬

натной температуры состав наносят трижды с перерывами по 6 часов. При

температуре раствора 50-60°С его наносят два раза с перерывом 12 ч. Расход

раствора - 1100 г/м2.
Глубокую пропитку древесины антипиренами под давлением произ¬

водят в специальных заводских установках (схема установки - рис. 1.57).
Для пропитки применяют раствор, состоящий из солей аммония

(антипиренов), фтористого натрия (антисептик) и воды. Рецептура пропи¬

точного состава МС 1:1 следующая: диаммонийфосфат — /,5%, сульфат ам¬

мония — 7,5%, фторид натрия - 2,0%, вода — 83%. Древесина, подвергаемая

глубокой пропитке, должна быть с влажностью не более 15%. Древесные

породы, значительно отличающиеся по объемной массе, следует пропиты¬

вать раздельно, так как при совместной пропитке все породы приходится

выдерживать в растворе длительное время, а это ведет к ослаблению меха-
123

нических свойств легкопропитываемых пород. Изделия, значительно отли¬

чающиеся по размерам, по той же причине пропитывают раздельно. После¬

довательность пропитки следующая.
1.В	пропиточный цилиндр (автоклав) загружают древесину.
2.Герметизируют	аппарат.
3.Включают	вакуум-насос и в пропиточном цилиндре постепенно (в

течение 30 мин) создают вакуум до 85,5 кПа.
4.В	цилиндр подают раствор из резервуара, при этом вакуум не дол¬

жен снижаться ниже 79,0 кПа.
5.Вакуум-насос	выключают и с помощью насоса в пропиточный ци¬

линдр подают раствор под давлением. Постепенно, в течение 1 ч давление

доводят до расчетного и держат давление до окончания поглощения раство¬

ра, момент которого определяется прекращением убывания раствора в мер¬

нике. Величина давления и время пропитки зависят от породы древесины и

размеров образцов. Например, для таких легкопропитываемых пород, как

ольха, бук, береза длительность пропитки 2-6 ч, а давление 0,8-1,0 Мпа; для

сосны и кедра 8-12 ч и 1,0-1,2 Мпа; для дуба 15-20 ч и 1,5-1,6 Мпа. Темпера¬

туру пропиточного раствора поддерживают 55-60°С.
6.	По окончании пропитки давление постепенно (в течение 20-30 мин)

снижают до нуля, в течение 20 мин древесина продолжает оставаться в

пропиточном цилиндре для стекания раствора.
7.Выгружают	древесину, взвешивают на весах и направляют на
сушку.
Рис. 1.57. Принципиальная схема установки для глубокой пропитки древесины поддавлением:
J - пропиточный цилиндр; 2- мерник; 3-компрессор; 4-вакуум-насос

5 - вакуум-аккумулятор; 6-конденсатор; 7- резервуар для растворения антипиренов;
8-резервуар для пропиточной жид кости

Подсчитывают количество антипиренов (в пересчете на сухое веще¬

ство), впитавшихся в древесину. Это количество должно быть 66 кг/м3. Рас¬

чет производят по формуле
124

- "In
К = С—	(1.22)
где К - количество антипиренов, впитавшихся в древесину, кг/мэ;

mj - масса древесины после пропитки, кг; т0 — масса древесины до пропит¬

ки, кг; С - концентрация антипиренов в растворе; V - объем древесины, м3.
Глубокая пропитка древесины в горяче-холодных ваннах составом

МС 1:1, описанном выше, или составом МС 3:7, рецептура которого следу¬

ющая: диаммонийфосфат - 6%, сульфат аммония - 14%, фторид натрия -

1%, вода - 79%. Пропитку ведут в баках, на дне которых для нагрева и ох¬

лаждения прокладывают змеевики, соединенные с соответствующими паро¬

выми или водяными трубопроводами. Порядок пропитки: деревянные изде¬

лия загружают в бак, подают раствор с температурой 80-90°С и деревянные

детали выдерживают до 24 ч. При этом из пор древесины выходит воздух.

Затем в бак снизу подают холодный раствор так, что он вытесняет горячий

раствор, который сливают через верх бака. Время выдержки в холодном

растворе до 24 ч. По окончании пропитки раствор сливают, древесину выг¬

ружают, взвешивают и определяют количество антипиренов, впитавшихся

в древесину. Достоинством способа являются простота и несложность обо¬

рудования, а недостатки - слабая пропитываемость середины изделий из

древесины, ограниченная возможность регулирования количества вводимо¬

го пропиточного состава, значительная затрата времени на поглощение ра¬

створа. При пропитке в древесину вводится всего 50 кг/м3 солей аммония.

Физическая сущность процесса пропитки состоит в следующем. При погру¬

жении в горячий раствор воздух в порах расширяется и выходит из них -

в порах создается разрежение, поэтому в них затем проникает холодный

пропиточный раствор. При выборе состава для конкретных условий учиты¬

вают их огнезащитную эффективность, а также технологические и эксплу¬

атационные показатели.
1.8.3.	Оценка огнезащитной эффективности покрытий

и пропиток
Оценку эффективности проводят по ГОСТ 16363-98 «Средства огне¬

защитные для древесины. Методы определения огнезащитных свойств» [10].

Суть оценки заключается в измерении потери массы образца обработанной

древесины в результате огневого воздействия. Если среднее арифметичес¬

кое значение потери массы образцов не превышало 9%, то покрытие или

пропиточный состав относят к 1 группе средств, обеспечивающих получе¬

ние трудносгораемой (по устаревшей классификации) древесины (Г1, Г2);

если среднее арифметическое более 9, но менее 30%, то состав относят ко

II группе средств, обеспечивающих получение трудновоспламеняемой дре¬

весины (ГЗ); если - 30% и более, то состав относят к III группе средств, не

обеспечивающих огнезащиту древесины (Г4).
125

Практика показала, что снижение группы горючести древесины до

Г1-Г2 обеспечивают: глубокая пропитка антипиренами под давлением; глу¬

бокая пропитка антипиренами в горяче-холодных ваннах с последующей

окраской атмосфероустойчивой огнезащитной краской; большинство видов

термоизолирующих одежд; вспучивающиеся и фосфатные покрытия. Ос¬

тальные методы, а именно, поверхностная пропитка антипиренами, инерт¬

ные краски и обмазки, глубокая пропитка в горяче-холодных ваннах обес¬

печивают снижение горючести до группы ГЗ [2, 3).
В таблице 1.24 представлены результаты испытаний образцов древе¬

сины сосны по методам ГОСТ 16363-98 и ГОСТ 30244-94 (метод II), которые

подтверждают высокую огнезащитную эффективность фосфатного по¬

крытия ОФП-9, вспучивающегося покрытия ВПД и глубокой пропитки под

давлением составом антипиренов МС 1:1,
Таблица 1.24
Результаты испытаний эффективности огнезащитных составов
Метод
испытаний
Устанавливаемые
показатели
Древесина

сосны без

обработки
Результаты испытаний
ОФП-9
ВПД
МС 1:1
ТХЭФ
ГОСТ 16363-76
Потеря массы, %
30
9
6
9
13
ГОСТ 30244-94
Температура ды¬

мовых газов, °С
400
155
140
133
412
Время самостоя¬

тельного горения,с
270
0
0
0
90
Степень повреж¬

дения по длине, %
100
27
24
25
100
Степень повреж¬

дения по массе, %
27
2.7
I
2,2
18,2
Группа горючести
ГЗ
Г2
Г2
Г1
ГЗ
1.8.4. Способы снижения пожарной опасности

полимерных строительных материалов (ПСМ)
Особенности огнезащиты полимерных материалов определяются их

разнообразием и многокомпонентностью составов. Поскольку горючесть

полимерных материалов зависит от соотношения теплоты, выделяемой при

сгорании продуктов пиролиза, и теплоты, необходимой для их образования

и газификации, то снижение горючести можно обеспечить за счет умень¬

шения скорости газификации и снижения количества образующихся горю¬

чих продуктов следующими методами: введением инертных наполнителей;

введением антипиренов; нанесением огнезащитных покрытий.
Введение наполнителей. Наполнители используют для получения

материалов с заданными свойствами и для снижения их стоимости. Мине¬

ральные наполнители также снижают содержание горючих компонентов,

влияют на процесс пиролиза полимеров и изменяют условия тепло- и мас-

сообмена при горении.
126

Введение антипиренов. Антипирены делят на два класса: механи¬

чески совмещающиеся с полимерами и образующие с ними однородную

смесь, и реакционноспособные соединения, включающиеся (в процессе син¬

теза или переработки полимерных материалов) в молекулярную структуру

полимера.
К инертным антипиренам относятся следующие группы.
1.	Неорганические вещества — элементарный фосфор, фосфат или

полифосфат аммония, гидроокись алюминия, сульфиды фосфора, бура

Na^C^-lOHjO, борат цинка со слабой степенью гидратации 2Zn0-3B20,-3,3-

3,7Н20, фторобораты щелочных металлов, сульфаты, нитраты, хлориды

алюминия, калия.
2.	Низкомолекулярные галоидосодержащие органические соедине¬

ния ациклического (хлорированные парафины, содержащие более 50% хло¬

ра, пентабромэтан, тетрабромбутан), алициклического (гексабромциклогек-

сан, производные гексахлорциклопентадиена) или ароматического (пентаб¬

ром- и гексабромбензол, гексабром- и тетрабромбисфенол) строения.
3.	Низкомолекулярные фосфорорганические соединения - эфиры

фосфорной, фосфоновой или фосфиновой кислот (трикрелилфосфат,

трихлорэтилфосфат, бис-(2-бромэтил)-фосфат, трис-(бромметил)-фосфи-

ноксид, соли и основания четвертичного фосфония.
4.	Высокомолекулярные галоид- и фосфоросодержащие соединения.
5.	Органические азотосодержащие вещества, соединения бора, сурь¬

мы и олова.
К реакционноспособным антипиренам относятся низко- и высоко¬

молекулярные соединения, которые содержат наряду с пламягасящими

группами атомов различные функциональные группы, способные к реакци¬

ям полимеризации, поликонденсации и полиприсоединения (ненасыщенные

двойные связи, гидроксильные, карбоксильные, изоцианатные группы). Та¬

кие антипирены используют в качестве сомономеров и сшивающих агентов

при синтезе полимеров или модификаторов это галоидосодержащие сомо-

номеры (винилбромид, винилхлорид, монохлорстирол, дибромпропилакри-

лат или метакрилат), хлорэндиковый, тетрахлор- и тетрабромфталевый ан¬

гидрид; хлокэтил; Н-бромвинилфосфонат.
Деление антипиренов на реакционноспособные и инертные являет¬

ся условным, так как пламягасящие добавки, не входя в молекулярную

структуру полимеров, могут реагировать с другими компонентами и влиять

на процесс образования полимера. В настоящее время существует несколь¬

ко гипотез, объясняющих снижение горючести полимерных материалов в

присутствии антипиренов: химическая, ионная, газовая, тепловая и образо¬

вания защитного покрытия.
Обуглившаяся после первоначального термического разложения

поверхность полимерных материалов может продолжать тлеть в результа¬

те выделения большого количества тепла при экзотермической реакции,

что приводит к дальнейшему разложению и горению нижележащих слоев

материала. Фосфоросодержащие антипирены являются практически един-
127

ственными веществами, способными предотвратить тление материалов пос¬

ле прекращения пламенного горения и уменьшить возможность вторично¬

го их возгорания, поскольку карбонизированный слой, содержащий фос¬

фор, весьма устойчив к длительному нагреванию. Аналогичное действие

оказывают борсодержащие соединения.
В соответствии с общеизвестными гипотезами снижения горючести

полимерных материалов антипирены можно условно разделить по механиз¬

му их действия на группы:
разлагающиеся с выделением негорючих газов; горение замедляется

из-за повышения нижнего концентрационного предела воспламенения и

снижения температуры пламени вследствие разбавления горючих продук¬

тов пиролиза негорючими;
галоидосодержащие, действие которых основано на ингибировании

радикальных цепных процессов в газовой фазе;
образующие защитные пленки и способствующие повышению кок-

сообразования - фосфор - и борсодержащие соединения; горючесть

ПСМ снижается вследствие замедления тепло- и массообмена между пламе¬

нем и поверхностью полимерных материалов.
Особое положение занимают вещества, сами не являющиеся антипи¬

ренами, но усиливающие их действие. Это так называемые синергисты. Ти¬

пичным представителем этой группы соединений является трехокись сурь¬

мы.
Антипирены должны удовлетворять следующим требованиям: обла¬

дать высокой эффективностью пламягасящего действия, хорошо совме¬

щаться с полимерами, оказывать минимальное влияние на физико-механи¬

ческие свойства ПСМ, а также быть нетоксичными, достаточно доступны¬

ми и относительно дешевыми. В настоящее время нет индивидуальных со¬

единений, удовлетворяющих всем этим требованиям. Поэтому для сниже¬

ния горючести полимерных материалов применяют комбинацию антипире¬

нов перечисленных выше групп.
Горючесть полимеров обусловлена образованием на ранних стади¬

ях разложения горючих летучих продуктов. Поэтому для создания огнеза¬

щищенных ПСМ используют направленный синтез и модификацию полиме¬

ров с целью получения продуктов, имеющих пониженную скорость газифи¬

кации, образующих карбонизованный продукт и низкий выход горючих

продуктов пиролиза.
Применение реакционноспособных антипиренов в принципе можно

рассматривать как химическое модифицирование полимеров, так как изме¬

няются химическое строение и свойства макромолекул. Однако химическое

модифицирование полимеров - более широкое понятие, под которым по-.

нимают модификацию полимеров с целью повышения их термической и

термоокислительной стабильности. В этом аспекте проблема снижения го¬

рючести полимеров и материалов на их основе тесно связана с проблемой

создания термостойких полимеров. Установлено, что при использовании i

более термостабильных полимеров для получения огнезащищенных поли-,'
128

уретановых материалов требуется вводить антипирены в меньшей концен¬

трации. Повышение термостабильности и соответственно снижение горю¬

чести полимеров достигается использованием в синтезе полимеров исход¬

ных компонентов, способствующих образованию ароматической сшитой

молекулярной структуры. Так, горючесть пенополиуретанов (ППУ)

снижается при введении в структуру макромолекул изоциануратных

звеньев. Распад изоциануратных циклов протекает при более высоких тем¬

пературах, чем деструкция уретановых связей. При термообработке ППУ

с изоциануратными звеньями образуются стабильные фрагменты с систе¬

мой сопряженных двойных связей. Поэтому ячеистая структура пеноплас-

тов с изоциануратными группами не разрушается при нагреве до 600°С.
Огнезащитные покрытия, наносимые на полимерные материалы,

имеют в настоящее время ограниченное применение. Чаще всего такие по¬

крытия используют для снижения пожароопасности строительных матери¬

алов из древесины, древесностружечных и древесноволокнистых плит, пе-

нопластов и стеклопластиков.
Принципиально новым направлением создания полимерных матери¬

алов пониженной горючести является синтез полимеров с минимальным со¬

держанием органической части, а также термостойких полиметров, выделя¬

ющих при разложении негорючие и нетоксичные летучие продукты.
1.9. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ НОРМИРОВАНИЯ

ПОЖАРОБЕЗОПАСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.9.1.	История и современное состояние

противопожарного нормирования
Главный принцип противопожарного нормирования призывает

обеспечить безопасность людей в случае возникновения пожара и свести к

минимуму материальный ущерб. Однако на практике широко применяют

материалы, которые в случае пожара могут представлять угрозу здоровью

и жизни людей, способствуют развитию пожара и увеличению материаль¬

ного ущерба.
В строительстве наряду с безопасными в пожарном отношении ма¬

териалами - бетоном, железобетоном, металлами, природными и искусст¬

венными каменными материалами широкое распространение получили ма¬

териалы на полимерной основе, пожарная опасность которых или заведомо

высока или слабо изучена. Расширяющееся использование пластмасс оправ¬

дывается экономическими соображениями. Кроме того, пластмассы декора¬

тивны, технологичны и обладают рядом других ценных свойств. Эти причи¬

ны побуждают проектные и строительные организации игнорировать высо¬

кую или недостаточно изученную пожарную опасность этих материалов.
129

Результатом такого игнорирования является неблагоприятная статистика

пожаров. Следует особо отметить, что массовое использование пенополи-

стирольного, пенополиуретанового и других полимерных утеплителей в ог¬

раждающих конструкциях зданий имеет негативные последствия в масшта¬

бах всей страны [12].
Производство и применение пластмасс, например в США, также

ежегодно увеличивается, а статистика пожаров, хоть и медленно, но имеет

тенденцию к снижению. Объясняется это тем, что увеличение применения

пластмасс компенсируется комплексом противопожарных мер, среди кото¬

рых наиболее важное место занимает система противопожарного нормиро¬

вания.
В нашей стране много лет (до 1991 года) все противопожарное нор¬

мирование пожаробезопасного применения материалов в строительстве

сводилось к нормированию лишь одного качественного показателя пожар¬

ной опасности материала - группы горючести и к некоторому ограничению

области применения, так называемых «сгораемых» (горючих) материалов.

Такая система противопожарного нормирования была архаична и имела

ряд принципиальных недостатков. Первым недостатком являлось несоблю¬

дение главного принципа пожарной безопасности. Пожарная статистика

показывала [13], что до 70-84% людей погибали при пожарах от совместно¬

го действия дыма и токсичных продуктов, т.е. факторов, ранее не учитыва¬

емых при нормировании. Точка зрения, что ограничение применения горю¬

чих материалов автоматически уменьшает вероятность воздействия опас¬

ных факторов пожара (ОФП) на человека справедлива лишь частично.

Многочисленными экспериментами и практикой установлено, что трудно-

горючие (по старой классификации) и даже негорючие материалы в услови¬

ях пожара способны разлагаться, выделять дым и токсичные продукты. По

мере развития пожара эти материалы прогреваются и обретают способ¬

ность воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять

дополнительное тепло, т.е. приобретают свойства, противоречащие поняти¬

ем «трудногорючий» и «негорючий» материал.
Недостатком традиционной системы нормирования являлась также

ее экономическая или технологическая необоснованность, а порой и про¬

сто нецелесообразность, т.к. без достаточного обоснования по формально¬

му и неубедительному признаку ограничивается применение материалов,

экономически и технологически целесообразных и прогрессивных, что в

свою очередь не стимулирует создание новых материалов, обладающих по¬

ниженной пожарной опасностью.
Третий недостаток - невозможность воспользоваться группой горю¬

чести для математического моделирования процесса возникновения и раз¬

вития пожара. Это свидетельствует о том, что понятие «группа горючести»

(в традиционном толковании) не имеет физического смысла и пердставляет

весьма сомнительную практическую ценность.
Недостатки системы противопожарного нормирования в нашей

стране не стимулировали также развитие методологии огневых испытаний.
130

Несмотря на то, что был накоплен обширный «банк данных» по группам го¬

рючести материалов, эти данные практически нигде не были опубликованы

и не использовались.
В 1991 году были введены дополнения и изменения в СНиП 2.01.02-85

«Противопожарные нормы». В частности, помимо группы горючести введе¬

ны еще 2 показателя пожарной опасности строительных материалов -

коэффициент дымообразования и индекс токсичности продуктов горения.

Однако в течение многих лет после этого числовые значения этих показа¬

телей действующими отраслевыми главами СНиП (на конкретные виды зда¬

ний) не регламентировались, т.е. дополнительное введение их в

СНиП 2.01.02-85 носило практически формальный характер. В 1997 году

формально вступили в действие СНиП 21-01-97' «Пожарная безопасность

зданий и сооружений» [2]. В них помимо классификации материалов по

указанным показателям пожарной опасности появились еще 2 показателя -

группа воспламеняемости и группа распространения пламени по

поверхности материала. Однако с введением в действие этой главы было

указано, что до пересмотра противопожарных требований отраслевых глав

СНиП (введенных в действие в 80-е годы, в которых кроме группы

горючести никакие показатели не нормировались), те положения, которые

основаны на требованиях СНиП 2.01.02-85, продолжают действовать.
Еще в 60-е годы за рубежом появились первые публикации, в кото¬

рых сообщалось о попытках создать основы нового подхода к оценке по¬

жарной опасности материалов и, прежде всего, материалов на полимерной

основе. Толчком для этого послужило как значительное увеличение произ¬

водства новых материалов, так и развитие новых отраслей, где никак нельзя

было полагаться на шаткие качественные критерии (авиация, космонавти¬

ка, атомная энергетика). В начале 70-х годов работы в этом направлении

были опубликованы в нашей стране [14-16]. Общая концепция публикаций

сводилась к следующему. В основу методологии оценки пожарной опасно¬

сти материалов необходимо заложить прогнозирование реальной пожарной

ситуации на конкретном объекте, где будут применяться материалы. При

этом необходимо определять такие показатели пожарной опасности мате¬

риалов, которые можно сравнивать с возможным энергетическим воздей¬

ствием на материал: энергия зажигания, температура самовоспламенения,

воспламенения и зажигания материалов, т.к. эти параметры можно было со¬

поставить с температурой среды, температурой нагретой поверхности,

энергией искрового разряда, т.е. потенциальными источниками возникно¬

вения их горения и затем пожара.
По мере разработки такой концепции становилось ясно, что она

себя оправдывает. Однако при широкомасштабном использовании матери¬

алов, в особенности полимеров, практически не удается обеспечить усло¬

вия безопасности. В этой связи в дальнейшем получили развитие работы

[17-20], где предлагалось дополнить вышеприведенный перечень парамет¬

ров, параметрами, характеризующими динамику развития пожара и воз¬

никновения опасных факторов для человека. В настоящее время эта кон¬
131

цепция успешно развивается специалистами в различных странах мира, что

повлекло за собой значительное изменение и в методологии огневых

испытаний. Так, предпочтение отдается методам, позволяющим получить

числовые значения конкретных показателей пожарной опасности

материалов в условиях, имитирующих с достаточной степенью

приближения условия реальных пожаров. В частности, в США в результате

реализации двух больших программ «Текстиль» и «Пластик» накоплен банк

данных, включающий в себя информацию по показателям пожарной

опасности нескольких тысяч веществ и материалов, находящихся в

применении. В число показателей входят: низшая теплота сгорания,

кислородный индекс, температурные показатели, массовая скорость

выгорания, показатели дымообразования и токсичности продуктов

горения. Имеющиеся данные компьютеризированы и могут быть получены

через «Интернет» любым подразделением пожарной охраны или другим

ведомством в считанные минуты.
1.9.2.	Перспективы противопожарного нормирования
Наблюдающийся за последние годы рост числа пожаров, гибели лю¬

дей и увеличение материального ущерба связаны не только с повышением

энергонасыщенности и ростом количества пожарной нагрузки зданий, но и

с несоответствием противопожарного нормирования современному уровню

научно-технического прогресса в строительстве. Поэтому в нашей стране

и за рубежом все большее внимание уделяется разработке научно обосно¬

ванных норм пожарной безопасности. В частности, наметился постепенный

отход от однозначных решений и рекомендаций и переход к нормированию

исходных данных, пользуясь которыми можно было бы более гибко ре¬

шать задачи пожарной безопасности в соответствии с особенностями про¬

ектируемого объекта. При этом основной целью противопожарного нор

мирования и, следовательно, основополагающим принципом является обес¬

печение безопасности людей при пожаре [21]. Кроме того, противопожар

ное нормирование предполагает достижение следующих целей:
добиться при соблюдении требуемого уровня пожарной безопасно¬

сти максимальной экономии в строительстве;
обеспечить процесс проектирования, при котором проектировщику

предоставляется возможность широкого выбора альтернативных решений,

получить возможность проводить количественный анализ пожар¬

ной безопасности объектов.
В нашей стране и за рубежом ведутся работы по созданию комплек¬

сного метода оценки уровня пожарной безопасности здания, где, как пра¬

вило, учитывается вероятность возникновения пожара, время эвакуации,

плотность дыма, токсичность продуктов горения, физические возможнос¬

ти людей, знание людьми обстановки, количество и показатели пожарной

опасности материалов пожарной нагрузки. Количественные характеристи¬

ки этих факторов представляют собой условные коэффициенты, получен¬
132

ные методом экспертных оценок или установленные при анализе статисти¬

ческих данных. В частности, национальное бюро стандартов США опреде¬

лило, что из существующих методик наиболее предпочтительной для оцен¬

ки пожарной безопасности зданий является методика, которая наиболее

полно и достоверно учитывает факторы, влияющие на интенсивность раз¬

вития пожара и продолжительность эвакуации людей из зданий. Здесь необ¬

ходимо учитывать не только конструктивные и объемно-планировочные

решения, но и инженерно-технические, организационные мероприятия про¬

тивопожарной защиты. Похожий подход был заложен и в отечественном

стандарте [21], разработанном ВНИИПО МВД РФ.
Основной принцип противопожарного нормирования может быть

применен и к строительным материалам. Однако, формулировка принципа -

важнейший, но недостаточный этап в противопожарном нормировании, так

как принцип носит самый общий характер. Для его конкретной реализации

необходим переход к более частным и более конкретным критериям

пожаробезопасного применения материалов в строительстве. Нормирова¬

ние применения материалов с учетом их воспламеняемости и скорости рас¬

пространения пламени решается в различных странах применительно к

конкретным типам помещений с учетом видов материалов, функционально¬

го назначения помещений, наличия противопожарных инженерных систем,

способов крепления материалов к конструкциям, назначения конструкций

и т.д.
Основной недостаток этого подхода, особенно для зданий с разно¬

образной пожарной нагрузкой, - это то, что требуется достаточно точное

прогнозирование поведения материала при пожаре, т.е. умение предвидеть

ту пожарную опасность материала, которую он вероятнее всего будет про¬

являть при пожаре. В связи с возможностью образования при пожаре нео¬

граниченного числа факторов (условий) и их сочетаний, влияющих на по¬

жарную опасность материала, возникает также необходимость установле¬

ния приоритетности тех или иных факторов, оказывающих наиболее суще¬

ственное влияние на степень их пожарной опасности, и в то же время, об¬

ладающих достаточной степенью вероятности появления. С этой целью вни¬

мание в нашей стране и за рубежом уделяется исследованиям динамики раз¬

вития пожара и его прогнозированию с использованием методов системно¬

го анализа и теории вероятности. Необходимость этого подхода обусловле¬

на значительным разбросом множества случайных факторов, которые ока¬

зывают существенное влияние на процесс развития пожара, образование

ОФП и эвакуацию людей из зданий.
133

1.9.3.	Предлагаемый подход к нормированию

пожароопасного применения материалов

в строительстве на примере отделочных материалов
Перспективным является системный подход в выборе строительно¬

го материала с учетом эксплуатационных характеристик, в том числе его

пожарной опасности. Выбор материала осуществляют поэтапно. Сначала

учитывают функциональное назначение здания, затем определяют необхо¬

димый уровень требований качественно и на последнем этапе количествен¬

но. Впоследствии этот уровень преобразуют в конкретные требования к

материалам, которые могут иметь научное обоснование или выражаться с

помощью экспертных оценок. Особенность подхода заключается в том,

что значения других параметров при выборе материала не должны быть

ниже установленных предельных значений д\я зданий данного функцио¬

нального назначения.
Методология противопожарного нормирования, действующая в на¬

шей стране, имеет в качестве обобщенного критерия «вероятность воздей¬

ствия опасных факторов на человека», значение которого, равное 10'6, ус¬

тановлено в ГОСТ [21]. В соответствии со стандартом система противопо¬

жарной защиты должна обладать таким уровнем, при котором в здании

обеспечивается требуемая безопасность людей при пожаре, т.е. выполняет¬

ся условие
Рф*Р,-	(1-23)
где Ри, Рф - соответственно нормативная и фактическая (расчетная)

вероятности воздействия ОФП в год на одного человека.
Математическая модель расчета вероятности воздействия опасных

факторов пожара на человека основана на методе построения и анализа

«дерева опасностей» в системе «объект-человек-пожар». Расчет вероятнос¬

ти проводится исходя из вероятности одновременного появления всех слу¬

чайных факторов, характеризующих условия возникновения и развития

пожара, состояния системы противопожарной защиты и ситуации, при ко¬

торой человек не смог своевременно эвакуироваться или спастись при по¬

жаре.
Необходимо также учитывать, что вероятность основных событий

может быть вычислена по статистическим данным. Исключение составля¬

ют лишь события, связанные с определением своевременности эвакуации и

спасения людей. Для определения этих вероятностей предложено следую¬

щее условие безопасности, которое можно представить как частный крите¬

рий безопасности
W+T* ^хблЮФП-	(1-24)
134

где тызе - время от момента возникновения пожара до начала эвакуации;

1Рэв - время движения людей по эвакуационным путям в безопасную зону;
хбяЮФП ' вРемя блокирования эвакуации под воздействием ОФП.
Таким образом, обеспечение пожарной безопасности здания осно¬

вано на рассмотрении системы «здание-пожар-человек», критерием эффек¬

тивности которой является уровень безопасности людей в здании при по¬

жаре. Поэтому структурно-логическая модель пожаробезопасного приме¬

нения отделок должна основываться на всестороннем анализе опасных для

людей ситуаций, которые могут возникнуть из-за применения отделок в

здании. В дальнейшем это позволит, исходя из условий и критериев пожа¬

робезопасного применения, устанавливать требуемую пожаробезопасность

(или предельно допустимую пожарную опасность) отделок для рассматри¬

ваемой области применения (рис. 1.58).
Рис. 1.58. Структурная схема определения требуемой пожарной безопасности

строительных материалов (СМ)
Рассматривая звено «человек», можно отметить, что в настоящее

время безопасность людей в здании при пожаре во многом определяется

тем, насколько своевременно с момента начала пожара завершается эваку¬

ация людей из зон, где в период развития пожара могут возникнуть опасные

для жизни людей ситуации. В этом направлении разрабатываются соответ¬

ствующие мероприятия противопожарной защиты, направленные на мини¬

мизацию продолжительности эвакуации. Обеспечение успешной эвакуации

является необходимым, но не всегда достаточным условием обеспечения

полной безопасности людей при пожаре. Это обусловлено тем, что во мно¬

гих случаях из-за различных субъективных и объективных причин часть

людей не успевает своевременно эвакуироваться из здания и их спасание

затем производят пожарные подразделения. Возникновение таких ситуа-
135

ций может быть связано с отказом или несоответствием требованиям безо¬

пасности систем обнаружения, оповещения и управления эвакуацией людей,

а также из-за ограниченной способности людей к самостоятельной эвакуа¬

ции или недооценке ими степени опасности развития пожара. Поэтому с

точки зрения полного обеспечения безопасности людей в здании при пожа¬

ре, противопожарное нормирование применения материалов в строитель¬

стве должно быть направлено не только на обеспечение безопасности эва¬

куации, но и на предотвращение гибели людей, которые не эвакуировались

из здания.
Изложенное указывает на то, что критериями пожаробезопасного

применения материалов в здании могут являться следующие:
применение строительных материалов не должно приводить к бло¬

кированию эвакуации людей из здания при пожаре;
применение строительных материалов не должно приводить к рас

пространению огня по зданию, что может стать причиной гибели людей,

своевременно не эвакуировавшихся при пожаре.
В соответствии с этими критериями условия безопасности примене¬

ния материалов имеют следующий вид;
Т%?д а КЛМ \
(1.25)
тотд > К Т

рп г к6‘-тп-
= отд ^.отд
где Гвл , Трп - соответственно, время от начала развития пожара до бло¬

кирования эвакуации и распространения огня по отделке в здании, мин;

Тэв, Ттп - соответственно, время от начала развития пожара до завершения

эвакуации и спасания людей пожарными подразделениями, мин; Ке - коэф¬

фициент безопасности.
При пожаре в здании, независимо от места его возникновения, эва¬

куация людей по отношению к месту применения материала может прохо¬

дить по следующим трем вариантам: 1) эвакуация проходит через помеще¬

ния, где применен материал; 2) эвакуация проходит через помещения, кон¬

структивно связанные с первыми; 3) эвакуация людей проходит по наруж¬

ным пожарным лестницам или их спасание осуществляется пожарными

подразделениями. Для каждого из этих вариантов эвакуации имеются свои

условия образования опасных для людей ситуаций. В первом случае к бло¬

кированию эвакуации приводит возгорание материала. Во втором - образо¬

вание в объеме эвакуационного пути опасных для людей уровней токсично¬

сти окружающей среды, повышенной температуры или потери видимости

на пути движения. В третьем - быстрое распространение огня по зданию. В

связи с этим предельно допустимая пожарная опасность отделочного мате¬

риала (ПСМ) должна устанавливаться с учетом всех возможных для людей

ситуаций (табл. 1.25).
136

Таблица 1.25
Опасные ситуации для людей при пожаре
Место
применения
ПСМ
в
здании
Факторы образования опасных ситуаций
Блокирование эвакуации люден из
помещения
очага
пожара
других

помещений

этажа пожара
помещений
других
этажей
помещений

смежных

секций здания
Распространение
пламени
Помещение
воспламе¬
нение
образование

ОФП в объе¬

ме коридора
образование

ОФП в объе¬

ме коридора
образование

ОФП в сис¬

теме вести¬

бюля
в смежное поме¬

щение
Коридор
Воспламенение СМ
по этажу
Лестничная
клетка
Воспламенение СМ
по этажам секции
Вестибюль
Воспламенение СМ
по зданию
В частности, применение отделки в коридоре жилого этажа гости¬

ницы может стать причиной образования следующих трех опасных для лю¬

дей ситуаций:
1.	Блокирование эвакуации людей с этажа пожара из-за воспламене¬

ния отделки
отд эт	(126)
*воспл ^ *эв *	' *
где	время от начала пожара до воспламенения отделки, мин;
_э т
Тэв - время от начала пожара до завершения эвакуации людей с этажа по¬

жара, мин.
2.	Блокирование эвакуации людей с других этажей здания из-за вы¬

горания отделки и образование в объеме эвакуационного пути опасных

факторов пожара: потери видимости, повышенной токсичности и темпера¬

туры окружающей среды
<Гзд	(1.27)
офп зв *
где ?°фп " время от начала пожара до образования опасных факторов
пожара, мин; т^ - время от начала пожара до завершения эвакуации людей

из здания, мин.
3.	Угроза воздействия огня и других ОФП на людей, которые своев¬

ременно не эвакуировались и остались в здании. Причиной возникновения

этой ситуации может стать способность отделки распространять пламя по

поверхности. Условие возникновения ситуации можно представить в следу¬

ющем виде:
137

Пожаробезопасное применение ПСМ
Рис. 1 59. Структурно - логическая модель пожаробезопасного применения полимерных строительных материалов (ПСМ)

Раздел 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ

И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЯХ

ЗДАНИЙ
2.1.Общие принципы и особенности

объемно-планировочных решений гражданских,

промышленных и сельскохозяйственных зданий
2.1.1.	Общие принципы объемно-планировочных

решений зданий
Объемно-планировочным решением здания называется объединение

помещений избранных размеров и формы в единую композицию. Из опре¬

деления следует, что при разработке объемно-планировочного решения

оперируют определенным составом помещений, которые в определенном

порядке размещают в объеме здания.
Основой объемно-планировочного решения является происходящий

в здании процесс. По характеру процессы весьма разнообразны. Это может

быть производственный процесс, основанный на определенной технологии,

или процесс обучения и воспитания детей, происходящий по определенно¬

му режиму; это может быть процесс, связанный с бытом или отдыхом лю¬

дей и т.д.
От характера процесса зависят количество участвующих в нем лю¬

дей, необходимое для его организации оборудование, требуемое благоуст¬

ройство и другие элементы. Совокупность элементов, составляющих про¬

цесс, определяет габариты и форму помещений, способы их взаимосвязи и

порядок размещения в объеме здания. Процессы отличаются не только по

характеру, но и по сложности организации. Функциональный процесс, про¬

исходящий в жилом доме, отличается от протекающих в большинстве обще¬

ственных зданий функционально-технологических процессов, складываю¬

щихся зачастую из нескольких сливающихся воедино процессов (например,

процесс подготовки и организации театрального действия и зрелищный

процесс в театре) или существовать параллельно (например, работа зритель¬

ного зала, кружковых, библиотеки в доме культуры).
В целях создания оптимального объемно-планировочного решения

функциональные процессы приводят в определенную систему, которая усн

танавливает, как должны быть взаимосвязаны между собой отдельные по!

мещения или группы родственных по назначению помещений, обеспечива!

ющих последовательность развития процесса. Графически система взаимон

связей помещений может быть представлена в виде функциональной (техн
140

нологической) схемы, на которую условно в виде прямоугольников или

квадратов наносят помещения и указывают связь между ними (рис. 2.1).
т
б
Рис. 2.1. Функциональные схемы помещений:

а - функциональная схема помещений титра; б-функциональная схема помещений

предприятия общественного питания

Набор размещаемых в зданиях типов помещений ограничен. Это ос¬

новные, вспомогательные, обслуживающие и коммуникационные помеще¬

ния. К последним относятся входные узлы, коридоры, галереи, переходы,

холлы, лестничные клетки.
141

Объединение помещений в единую композицию в объеме здания

осуществляется по схеме, которая называется планировочной. Планировоч¬

ная схема разрабатывается при проектировании любого здания, поэтому

число схем не ограничено. Но в любой из них можно найти элементы четы¬

рех основных планировочных схем: коридорной (галерейной), секционной,

анфиладной, зальной.
В коридорной схеме (рис. 2.2,в)помещения относительно небольших

размеров объединяют коридором и располагают относительно него с одной

(двух) сторон или по периметру. Такая схема применяется при проектиро¬

вании общежитий, гостиниц, больниц, домов отдыха, жилых домов для ма¬

лосемейных.
ГТЛ1Г1
-i-г
Г
Рис 2.2. Планировочные схемы зданий:

а* анфиладная (прямоугольная); б- анфиладная (центрическая); в - коридорная; г- зальная;

д - смешанная
142

В галерейной схеме (вариант коридорной схемы) (рис. 2.3,в)

помещения располагают по одну сторону открытой в окружающую среду

галереи. Схема получила распространение при проектировании

гражданских зданий в районах с жарким климатом.
Секционная схема (рис. 2.3,а)г представляющая собой сочетание

изолированных и, как правило, одинаковых по планировке отсеков-секций,

является основной при проектировании жилых домов.
Рис 2.3. Планировочные схемы жилых домов городского типа:

а - планировочная схема секционного жилого дома; б- планировочная схема коридорного

жилого дома; в - планировочная схема галерейного жилого дома; I - вертикальные

коммуникации; 2- коридор; 3- галерея

Анфиладная схема (рис, 2.2.а,б), в которой помещения, расположен¬

ные один за другим, соединяются через дверные проемы, размещаемые, как

правило, на одной оси, находит применение при проектировании музеев,

выставочных залов, некоторых магазинов.
При зальной схеме (рис. 2.2,г) имеется одно помещение больших

размеров (зальное), которое располагают обычно в центре здания, и поме¬

щения меньших размеров, которые группируют вокруг зального. Одно- или

многозальная планировочная схема используется при проектировании теат-
143

ров и кинотеатров, рынков, торговых центров, спортивно-зрелищных пред¬

приятий, промышленных и сельскохозяйственных объектов,
В большинстве случаев планировочные схемы комбинируются из

двух-трех основных. Такие схемы называют смешанными(рис. 2.2,д).
Высокие темпы строительства могут быть обеспечены только при

интенсивном использовании индустриальных методов возведения зданий,

монтажа их из унифицированных типовых конструкций заводского изго¬

товления. Возможность применения данного метода обеспечивается лишь в

том случае, если параметры строительных конструкций соответствуют пла¬

нировочным параметрам здания: шагу несущих конструкций, пролету, вы¬

соте этажа.
Для достижения требуемого соответствия в параметрах при проек¬

тировании зданий и разработке строительных конструкций применяется

единая модульная система (ЕМС), основной принцип которой заключается

в кратности конструктивных и планировочных параметров единой величи¬

не - модулю. В качестве основного модуля (М) принята величина, равная

100 мм.
2.1.2.	Особенности объемно-планировочных решений

гражданских зданий
К гражданским относят жилые и общественные здания.
Жилые здания предназначаются для постоянного (квартирные жи

лые дома) и временного (общежития) проживания людей. Их проектирова

ние при этажности до 25 этажей осуществляется по СНиП [22].
Объемно-планировочные решения квартирных жилых домов опре¬

деляются характером застройки, этажностью, количеством квартир. С уче¬

том этих факторов квартирные жилые дома условно классифицируют н;

дома усадебного и городского типа.
Жилые дома усадебного типа одно-двухэтажные одноквартирные

или сблокированные, состоящие из двух и более квартир с непосредствен

ным выходом наружу из каждой квартиры, получили распространение i

пригородных зонах, сельской местности и небольших рабочих поселках.
В многоэтажных многоквартирных жилых домах городского типа,

объединение квартир и коммуникационных помещений осуществляется п<

секционной, коридорной или галерейной планировочным схемам (рис. 2.3).
Секционные жилые дома (рис. 2.3,а) являются наиболее массовык

видом многоквартирных жилых домов. Такие дома состоят из одной или не

скольких секций, каждая из которых включает группу квартир с поэтажнс

повторяемой планировкой, объединенных одной вертикальной коммуника

цией. Общая площадь квартир на этаже секции невелика и обычно не пре

вышает 500 м!, что позволяет практически отказаться от коридоров npf

планировке секций. Исключение составляют шести-, восьми- и более квар

тарные секции, в которых большое число квартир вызывает появление ко¬

ридоров длиной до 10-12 м.
144

Особенностью объемно-планировочных решений жилых домов сек¬

ционного типа является включение в состав секции только одной верти¬

кальной коммуникации, что в условиях пожара снижает безопасность эва-

'.куации людей особенно тех, чьи квартиры расположены на высоте, превы¬

шающей высоту подъема автоматических пожарных лестниц (шестой этаж

|и выше). Поэтому для объемно-планировочных решений секционных жи-

]лых домов разработаны мероприятия, обеспечивающие возможность пере¬

вода в случае пожара в смежную секцию или соседний этаж дома или воз¬

можность укрыться за глухим простенком балкона (лоджии) от пламени до

j прибытия пожарных подразделений.
В жилых зданиях коридорного типа квартиры (рис. 2.3,6) (комнаты

общежития) имеют выход через общий коридор не менее, чем на две лест-

1Ницы. Особенностью объемно-планировочного решения таких зданий явля¬

ется сочетание вертикальных и протяженных горизонтальных коммуника¬

ций. Коридоры соединяют помещения с лестницами и лифтами и позволяют

увеличить число квартир, обслуживаемых одним лестнично-лифтовым уз¬

лом. Поэтому коридорные здания экономичнее секционных. Однако кори¬

дорный тип жилого дома является менее массовым, чем секционный, так как

квартиры имеют одностороннюю ориентацию. Кроме того, при большой

протяженности коридоров ухудшается звукоизоляция помещений, осве-

I щенность коридоров естественным светом, усложняется процесс эвакуа-

j ции. Поэтому нормами установлена минимально допустимая ширина кори¬

дора, введены ограничения, касающиеся длины коридоров, разработаны

/планировочные приемы, обеспечивающие освещенность коридоров есте¬

ственным светом.
В объемно-планировочных решениях галерейных жилых домов

(рис. 2.3,в) функции коридоров выполняют открытые галереи. Вертикаль¬

ные коммуникации размещают внутри здания или пристраивают к галерее.

ЛДля галерейных домов характерны те же недостатки, что и для коридорных.

яЭто ограничивает область их возведения в основном южными районами,

ягде таким планировочным приемом обеспечивается сквозное проветрива¬

вшие квартир. Ширину и длину галереи от наиболее удаленного помещения

Мдо входа наружу или в лестничную клетку назначают с учетом противопо-

Вжарных требований.
Л	Общественные здания предназначаются для временного пребывания
Млюдей. Их проектирование при этажности до 16 этажей осуществляется по

СНиП [23]. Одна из особенностей общественных зданий заключается в мно¬

гообразии протекающих в них функциональных процессов, что порожда-

'ет большое разнообразие геометрических параметров помещений, конст¬

рукций и требует разработки специальных приемов проектирования и при-

?менения единой модульной системы для того, чтобы обеспечить возмож-
■	ность использования типовых унифицированных конструкций и деталей.
Одним из широко используемых приемов при проектировании об-

I щественных зданий является группировка родственных по назначению по-

1 мещений в обособленные фрагменты здания — функциональные блоки. На-
145

пример, в зданиях клубов, домах культуры — помещения небольших

размеров выделяются в функциональный блок, изолированный от

зрительного зала, который является большепролетным помещением

значительной высоты.
Прием блокировки (размещения нескольких учреждений в одном

здании) используется при проектировании школ, детских садов-яслей, боль¬

ниц и других специализированных общественных зданий, назначение кото¬

рых в период эксплуатации не изменяется. Блокирование дает ряд суще¬

ственных преимуществ, так как сокращается площадь застройки, протя¬

женность инженерных коммуникаций и дорог, уменьшаются эксплуатаци¬

онные расходы. Кроме того, в блокированных зданиях легко можно осуще¬

ствить кооперирование — совместную эксплуатацию общих помещений

каждым из сблокированных учреждений. Наиболее характерными примера¬

ми блокированных общественных зданий являются детские сады-ясли, шко¬

лы и общественные центры микрорайонов (рис. 2.4).
Разнообразие геометрических параметров помещений и возмож¬

ность использования однотипных конструкций достигается за счет исполь¬

зования в блокированных зданиях укрупненных модулей — не менее 15 м.

Основной конструктивно-планировочной сеткой является сетка 6x6м. При¬

меняются и дополнительные сетки 6x3 м или 6x4,5 м. Укрупненные модуль¬

ные сетки, устранение дублирования вспомогательных помещений обеспе¬

чивают сокращение сроков строительства блокированных зданий и сниже¬

ние их стоимости на 6-8% по сравнению с отдельно стоящими зданиями,
В объемно-планировочных решениях универсальных общественных

зданий используются иные конструктивно-планировочные приемы проек¬

тирования. Так, в универсальных зданиях многофункционального использо¬

вания (киноконцертные комплексы, дворцы спорта и др.) специальные кон¬

структивные решения и механизация оборудования позволяют трансфор¬

мировать в течении нескольких часов спортивную арену в киноконцертный

зал, лекционную аудиторию в чашу бассейна.
■ мм*
^ Ъ ’
I
1 III ■
эь'-Л'
1
i 1 4 1
Рис 24. Планировочная схема общественного центра микрорайона;

а - первый этаж; б-второй этаж; 1 - продовольственный магазин; 2- кафе; 3-РЭУ
146

j	К универсальным относятся также здания, предназначенные для од¬
ного динамически развивающегося процесса (предприятия торговли, быто-

*1вого обслуживания и др.). Объемно-планировочные решения таких зданий

[должны обеспечивать возможность перепланировки помещений, что дикту¬

ется необходимостью быстрой смены оборудования в связи с его модерни¬

зацией или изменением методов торговли. Требуемая гибкость и свобода

‘объемно-планировочного решения таких зданий достигается укрупненной

,|модульной сеткой и сборно-разборными конструкциями перегородок.
I	Важной особенностью общественных зданий является сосредоточе¬
ние в них большого количества людей. В связи с этим проблемам эвакуации

в таких зданиях уделяется особое внимание[3]. В зданиях с большим сосре¬

доточением людей размеры эвакуационных выходов и путей определяют

•.специальными расчетами. В большинстве высотных гостиниц, администра¬

тивных зданий, проектных и научно-исследовательских институтов залы

большой вместимости размещают в стилобате - малоэтажной встроенно-

пристроенной части здания, что удобно не только при нормальном режиме

работы, но и в случае вынужденной эвакуации при пожаре.
На структуру общественного здания решающее значение оказывают

площади основных помещений. В соответствии с этим признаком обществен¬

ные здания могут иметь мелкоячеистую структуру (лечебные, курортные, ад¬

министративные здания, основные помещения которых имеют площадь

15-30 м2); крунноячеистую структуру (школы, ВУЗы, проектные и научно-ис¬

следовательские институты при площади основных помещений 30-80 м2);

зальную структуру (выставочные павильоны, кинотеатры, вокзалы,

универмаги, музеи, в которых основное зальное помещение или несколько

помещений имеет площадь более 100 м2); смешанную структуру, образован¬

ную из одного или нескольких залов и мелких помещений (клубы и др.). Раз-

.мещение основных помещений в объеме здания, их форма и размеры опреде¬

ляются спецификой функционального процесса и требованиями к световому,

^звуковому и воздушному режиму.
Важную роль в объемно-планировочном решении общественных зда¬

ний играют коммуникационные помещения, площадь которых составляет до

.30% и более от площади здания. Коммуникационные помещения предназначе¬

ны для организации входа и выхода, распределения горизонтального и верти¬

кального перемещений людских потоков внутри здания (рис. 2.5). Комплекс

помещений и устройств у главного входа в здание называют входным узлом

(рис. 2.5,а). В состав узла могут входить тамбуры, вестибюли, гардеробы, спра¬

вочные, пропускные бюро, кассы, комнаты администрации. Взаимное располо¬

жение этих помещений диктуется условиями беспрепятственного движения

людских потоков от тамбура к внутренним коммуникациям.
Тамбуры — тепловые преграды, проектируют в зданиях, возводимых в

районах с умеренным и холодным климатом (рис, 2.5,д). Наиболее удобной для

эвакуации является прямоугольная планировка тамбуров, когда одно или не-

! сколько помещений (шлюзов), расположенных по одной прямой, соединяются

/дверями, открывающимися по ходу эвакуации. Размеры тамбура должны по-
147

|ния. Поэтому планировочное решение вестибюля должно обеспечивать види¬

мость размещения лестниц, лифтов, коридоров. Вестибюли должны иметь до¬

статочную площадь для размещения скапливающихся в них людских потоков.
1	Фойе и поэтажные холлы выполняют двоякую роль. Являясь распреде-
^лительными помещениями, они одновременно могут служить и рекреацией, т.е

1местом отдыха. В театрах фойе располагают перед зрительным залом, а в ки¬

нотеатрах часто совмещают с вестибюлем. Как место отдыха зрителей и арти¬

стов, фойе может быть оборудовано буфетами. Поэтажные холлы располага-

:ют в многоэтажных общественных зданиях у групп лифтов (лифтовые холлы).

(Через холлы, выполняющие роль световых карманов, обеспечивается есте¬

ственное освещение коридоров большой длины в зданиях больниц, гостиниц,

домов отдыха.
Коридоры общественных зданий по функциональному назначению ус¬

ловно подразделяются на главные и второстепенные. По главным коридорам в

условиях повседневной эксплуатации осуществляется интенсивное движение

[людских потоков. Они связывают основные помещения здания с эвакуацион¬

ными выходами, в экстремальных ситуациях используются для эвакуации лю¬

дей и потому проектируются с учетом противопожарных требований, кото¬

рые сводятся к обеспечению достаточной пропускной способности коридо¬

ров, освещенности естественным светом и ограничению протяженности путей

■эвакуации, определяемой как расстояние от наиболее удаленного помещения

до выхода в лестничную клетку или наружу.
Так называемые второстепенные коридоры используют в служебных

целях для сообщения между вспомогательными и обслуживающими помещени¬

ями. Они часто не имеют выхода в лестничную клетку или наружу, могут не

иметь естественного освещения. Такие коридоры не считаются эвакуационны¬

ми. Ширина второстепенных коридоров принимается из условия удобства эк¬

сплуатации, но не менее 1,2 м.
Лестницы служат для связи помещений на этажах с эвакуационными

выходами из здания (рис. 2.5,6). Эвакуационные лестницы должны размещать¬

ся в лестничных клетках. В зданиях театров, домов отдыха, торговых центров

. главные (парадные) лестницы могут выполняться без ограждающих конструк¬

ций, т.е. открытыми. Но при этом должно быть не менее двух эвакуационных

лестниц, размещенных в лестничных клетках. Расположение и тип лестниц в

зданиях определяются объемно-планировочным решением и противопожарны¬

ми требованиями [3].
В качестве вертикальных коммуникаций в общественных зданиях мо-

\гут использоваться лифты, эскалаторы, пандусы (рис. 2.5.В, г). Лифты являют-

кя основным видом вертикального транспорта в многоэтажных зданиях. В

крупных торговых центрах, вокзалах, аэропортах, выставочных залах для свя-

взи между этажами проектируют эскалаторы — вертикальный транспорт не¬

прерывного действия в виде движущихся под углом 30° лестниц. Для организа¬

ции движения людских потоков по зданию используют пандусы — наклонные

’ плоскости (уклон 1:8) с нескользким полом, имеющие плавные повороты. Пло-

|щадь, занимаемая пандусом, в 2-3 раза больше площади лестничной клетки, что

■
149

ограничивает область применения пандусов в зданиях дворцов спорта и выста¬

вочных комплексов,
2.1.3.	Особенности объемно-планировочных решений

производственных зданий
Разнообразие объемно-планировочных решений производственны)!

зданий объясняется тем, что такие здания проектируют более чем для 250

отраслей производств. При проектировании руководствуются следующими

принципами: объемно-планировочные решения должны создавать опти¬

мальные условия для развития технологического процесса и его модерниза¬

ции в процессе эксплуатации здания, а также обеспечивать возможность

возведения здания индустриальными методами.
Проектирование производственных зданий промышленных пред¬

приятий ведется по СНиП [24] и нормам технологического проектирования

(НТП)
Рис. 26. Примеры зависимости объемно-планировочных решений производственных даний

от особенностей технологического процесса:

а - силосный корпус хлебоэлеватора; б-производственный корпус прядильно-ниточной
фабрики
По степени зависимости от технологического процесса производ¬

ственные здания можно разделить на две группы. Первую группу составля¬

ют здания, объемно-планировочные решения которых полностью зависят

от особенностей технологического процесса, характера и габаритов произ¬

водственного оборудования (рис. 2.6,а). Это мартеновские, прокатные и
150

конверторные цеха металлургических заводов, коксохимические заводы,

агломерационные фабрики, здания цементного производства, горно-обога¬

тительные, дробильно-сортировочные предприятия, элеваторы и др. При

(возведении таких зданий используются специальные конструкции, а объем-

]но-планировочные решения в каждом случае имеют ярко выраженный ин¬

дивидуальный характер.
|	Вторую группу составляют здания, на объемно-планировочные ре¬
шения которых технологический процесс практически не оказывает влия¬

ния. В зданиях этой группы могут размещаться технологические процессы

|самых различных производств: станко- и машиностроения, легкой, пище¬

вой, химической промышленности и многих других (рис. 2.6,6). Возведение

|этих зданий может осуществляться индустриальными методами на основе

унифицированных габаритных схем, унифицированных типовых пролетов

и секций. Унифицированная габаритная схема (УГС) - это схематическое

изображение типовых объемно-планировочных элементов зданий, унифи¬

цированных по геометрическим параметрам и нагрузкам. В зависимости от

местоположения в здании объемно-планировочные элементы могут быть

угловыми, торцевыми, крайними, средними и примыкающими к деформаци-

юнным швам.
Суть проектирования на основе УГС заключается в следующем: зда¬

ние разбивается на типовые объемно-планировочные одно- или многоэтаж¬

ные элементы (ОПЭ) с унифицированными геометрическими параметрами:

пролетом (L), шагом колонн (Ш), высотой этажа (Н) и нагрузками. Из эле¬

ментов путем их взаимосочетаний компонуют одно- и многоэтажные про¬

мышленные здания (рис. 2.7),
Для целого ряда отраслей промышленности проектирование ведется

путем компоновки крупноразмерных объемных фрагментов зданий -

унифицированных типовых пролетов и секций с типовыми параметрами,

нагрузками и конструкциями. Унифицированный типовой пролет (УТП) -

фрагмент здания шириной в один пролет и длиной, равной длине темпера¬

турного блока, составляющей 60 или 120 м для железобетонного каркаса и

72 или 144 м для металлического каркаса (рис. 2.8). Унифицированные типо¬

вые пролеты отличаются величиной нагрузок, типами конструкций, место¬

положением в здании (средние и крайние, левые и правые) и исцользуются

в компоновке промышленных зданий с технологическими потоками одно¬

го направления.
Унифицированная типовая секция (УТС) - фрагмент здания, состо¬

ящий из нескольких унифицированных типовых пролетов одной высоты.

Обычно УТС представляет собой температурный блок здания. УТС исполь¬

зуется в компоновке промышленных зданий с технологическпм^потоками,

осуществляемыми в разных направлениях.
Метод проектирования на основе УТП и УТС прост. На макете ра¬

бочего чертежа, скомпонованного из УТП или УТС применительно к конк¬

ретным условиям производства, наносят стены и перегородки, размещают

проезды для внутрицехового транспорта, проходы и т.д. Данный метод со-
151

кран-балка
Б-18-60

а
j/. — 9,0м^. - 9,0ги^
2	- 9 - 3(48)
ч
я
Ч
г 0=20т
L=24.0 м
К - 20 -24 -120
I.
Рис 2.7. Унифицированные габаритные схемы (УГС) одно* и многоэтажных промышленные
зданий:
а - УГС одноэтажного однопролетного промышленного здания без мостового крана; б - УГС

одноэтажного однопролетного промышленного здания с мостовым краном; в - УГС

трехэтажного двухпролетного промышленного зд ания; г - типовые объемно-планировочные

элементы промышленных зд аний
Рис 2.8. Унифицированные типовые пролеты (УТЛ) и секции (УТС) промышленных зддний:

1 ■ ширина пролета (L); 2 - д лина пролета (£); 3 - температурный шо в (TUI)
152

здает оптимальные условия для блокирования производственных, вспомога¬

тельных, складских и других помещений в объеме здания, позволяет реали¬

зовать преимущества унификации при проектировании зданий и наилуч¬

шим образом учесть реальные условия строительства.
Объемно-планировочные решения одно- и многоэтажных промыш¬

ленных зданий имеют принципиальные различия. В одноэтажных зданиях

размещается 75-80% промышленных производств. Это сталелитейные, про¬

катные, кузнечные и другие цеха, выпускающие продукцию значительной

массы, оборудованные мощными подъемно-транспортными средствами.

Объемно-планировочные решения одноэтажных промышленных зданий оп¬

ределяются характером застройки и расположением опор в здании. Суще¬

ствует два варианта застройки: раздельная и сплошная (рис. 2.9).
Раздельная застройка (рис.
2.9,а) осуществляется с помощью

отдельно стоящих протяженных и

относительно узких корпусов па¬

вильонного типа, в которых легко

осуществляется естественное ос¬

вещение и проветривание. Однако

размещение цехов в отдельно сто¬

ящих зданиях значительно увели¬

чивает площадь территории пред¬

приятия, протяженность пешеход¬

ных и транспортных сетей, объем

работ по благоустройству терри¬

тории. Кроме того, планировочное

решение павильонного здания не

отличается гибкостью, т.е. не

обеспечивает возможность изме¬

нять направление технологическо¬

го потока, осуществлять переста¬

новку производственного обору¬

дования, приспосабливая здание к

новым условиям технологии.
В связи с отмеченными не¬

достатками раздельная застройка используется в основном при строитель¬

стве объектов металлургической и химической промышленности, где по ус¬

ловиям технологии обязательным является сквозное проветривание цехов

либо при возведении складских объектов, не требующих частого изменения

технологии.
Сплошная застройка производственной территории осуществляется

с помощью сблокированных зданий - многопролетных корпусов большой

площади (рис. 2.9,6). В сблокированных зданиях объединяются (блокируют¬

ся) цехи основного производства, вспомогательные и энергетические,

транспортно-складские, бытовые и административные помещения.
У/
У//////А
%
'А
V,
Рис, 2.9. Варианты застройки территории

промышленного предприятия:

а- раздельная застройка; б-сплошная застройка
153

Блокирование обеспечивает значительное увеличение внутреннего

пространства здания, позволяет организовать многовариантную расстанов¬

ку технологического оборудования, более компактно и экономично решить

генеральный план предприятия. В сблокированных зданиях легко осуще¬

ствить зонирование производственных операций. В зоны объединяются

производства, имеющие одинаковую технологию, либо характеризующие¬

ся выделением одинаковых вредностей или наиболее пожароопасные[25].

Зонирование способствует экономичному использованию капитальных зат¬

рат и эффективной эксплуатации производства.
Одноэтажные промышленные здания проектируют пролетными,

ячейковыми, зальными.
В зданиях пролетного типа величина пролета (I) превышает величи¬

ну шага колонн (Ш). Унифицированные размеры пролетов - 18, 24, 30 м и

более, шаг колонн - 6 и 12 м. Пролетные здания предназначаются для тех¬

нологических процессов, направленных вдоль пролета (Рис,2,10).
а - с параллельным расположением пролетов; б - с взаимно перпендикулярным расположением

пролетов; в - павильонное здание; 1 - пожарная лестница; 2 - настил покрытия; 3 - подвесные

кран-балки; 4 - каркас этажерок; 5- колонны каркаса
154

Здания ячейкового типа имеют квадратную или близкую к ней пря¬

моугольную сетку колонн, что позволяет организовать технологический

процесс вдоль пролета и в перпендикулярном к нему направлении (рис.2.11),
1-1
<
—V—
т
—V
1	1 —
<
1
7
<
ь
►
Lj-—
Рис. 211. Промышленные здания ячейкового типа:
1 - фермы покрытия: 2- пространственные конструкции покрытия; 3-кран-балка
Ячейковые здания с укрупненной сеткой колонн (18x18, 24x24, 30x30 м и

более) получили название "гибких" или универсальных. Здания могут не

иметь привязки к конкретному виду производства и проектироваться для
155

многих отраслей промышленности. Гибкость планировочного решения,

обеспечиваемая редко расставленными колоннами, создает оптимальные

условия для много вариантной расстановки производственного оборудова¬

ния. Подобный тип зданий получил наибольшее распространение в машино¬

строении, где замена технологического оборудования осуществляется через

каждые 9-10 лет, а иногда и чаще, а также там, где по условиям технологии

требуются значительные производственные площади без внутренних опор

(машинные залы ТЭЦ, ангары и др.). Здания зального типа имеют пролеты

36 м и более (рис. 2.12).
Рис, 2.12 Промышленные здэния зального типа:

а - без промежуточных опор; б- с центральной промежуточной
Многоэтажные промышленные здания проектируют, как правило,

каркасными. По объемно-планировочному решению они бывают: унифици¬

рованного типа, с увеличенным верхним этажом и с межферменными эта¬

жами (рис. 2.13).
156

в
Рис 2.13. Объемно-планировочные решения многоэтажных каркасных промышленных задний,

а - унифицированного типа; б- с верхним этажом; в - с межферменными этажами
Здания унифицированного типа (рис. 2.13,а) высотой от двух до де¬

сяти этажей имеют сетку колонн 6x6 м или 6x9 м и высоту этажа 3,6; 4,8 и

6,0 м.
В зданиях с увеличенным верхним этажом (рис. 2.13,б) параметры,

конструкции и подъемно-транспортные средства верхнего этажа отличают¬

ся от нижележащих этажей. Пролет верхнего этажа шириной от 12 до 24 м

перекрывают с помощью балок или ферм, а высоту этажа принимают рав¬

ной 7,2; 8,4 и 10,6 м. В пределах этажа вдоль рролета может быть организо¬

вано движение мостового крана грузоподъемностью 10-20 т. Остальные эта¬

жи здания проектируют с унифицированными параметрами и нагрузками

на перекрытия.
Здания с межферменными этажами (рис. 2.13,в) проектируют проле¬

том 12 и 18 м, перекрывают фермами высотой от 1,2 до 3 м и организуют в

межферменном пространстве дополнительные этажи, в которых размеща¬

ют конструкторские бюро, технические, административно-бытовые и дру¬

гие помещения.
Вертикальная связь между этажами во всех типах многоэтажных

зданий осуществляется с помощью лестниц и лифтов. Для перемещения гру¬

зов в пределах этажа используют напольный транспорт, подвесные конвей¬

еры и кран-балки.
157

2.1.4.	Особенности объемно-планировочных решений

сельскохозяйственных зданий
Особенности объемно-планировочных решений сельскохозяйствен¬

ных зданий определяются характером размещаемых в них производствен¬

но-технологических процессов, отличающихся от процессов, происходя¬

щих в гражданских и промышленных зданиях, по составу технологических

операций, номенклатуре и размерам помещений, типам и габаритам обору¬

дования, количеству и составу участников. Сельскохозяйственные здания

проектируют одно- и многоэтажными.
Одноэтажные сельскохозяйственные здания в зависимости от их

ширины могут быть узкогабаритными и широкогабаритными.
Узкогабаритные здания шириной до 18 м - исторически сложив¬

шийся в сельской местности тип здания. В них содержат животных и птиц,

устраивают теплицы. Здания проектируют, как правило, однопролетными,
Широкогабаритные здания шириной от 18 до 48 м строят на круп¬

ных производственных комплексах. Такие здания обычно имеют три или

четыре пролета. Трехпролетные здания шириной 36 м характерны для жи¬

вотноводческих комплексов откормочного направления, а четырехпролет¬

ные шириной 36 м и более - для предприятий по хранению и переработке

сельскохозяйственной продукции. Застройка производственной террито¬

рии одноэтажными отдельно стоящими узко- и\и широкогабаритными зда¬

ниями носит название павильонной. Планировочное решение основного в

здании помещения — производственного, зависит от числа пролетов. Наи¬

более удобную для размещения производственного процесса планировку

получают в многопролетных зданиях. Чем шире пролеты, тем большей гиб¬

костью обладает планировочное решение, обеспечивая широкие возможно¬

сти при изменении условий содержания животных, птицы и при переплани¬

ровке помещений.
Оптимальная свобода планировочного решения достигается в моно¬

блоках - одноэтажных многопролетных зданиях блокированного типа. Мо¬

ноблоки начали применять в 70-х годах на крупных производственных ком¬

плексах промышленного типа по производству говядины, свинины, мяса

птицы, яиц, по хранению и переработке сельхозпродукции и в тепличных

комбинатах. Внешне моноблоки напоминают цеха промышленных предпри¬

ятий. Часто в одном таком здании размещают все производства. У монобло¬

ков обычно такие параметры: ширина до 120 м и более; унифицированные

пролеты (L) - 12 и 18 м (реже 6 и 9 м); шаг колонн (Ш) - 3,6; 12 и 18 м. По¬

ложительные и отрицательные качества застройки производственной тер¬

ритории зданиями павильонного или блокированного типа проанализирова¬

ны выше.
Многоэтажное строительство сельскохозяйственных зданий кар:

касного типа не получило широкого распространения из-за трудности вер¬

тикального перемещения животных и их эвакуации при пожаре.
158

В объемно-планировочных решениях сельскохозяйственных зда¬

ний, возводимых по типовым проектам, в единую композицию объединяют

основные производственные помещения, подсобные помещения, предназна¬

ченные для размещения оборудования (электрощитовая, тепловой узел, вен¬

тиляционная камера, инвентарная, технический коридор, и др.) и вспомога¬

тельные помещения, предназначенные для обслуживающего персонала. К

вспомогательным помещениям относятся также санитарные узлы, коридо¬

ры и тамбуры. Подсобные и вспомогательные помещения размещают или в

торцах зданий, или вдоль его поперечной центральной оси. В основе объем-

но-планз1ровочных решений лежат уже известные планировочные схемы

(рис. 2.14).
При зальной схеме (рис. 2.14,а) производственное помещение зани¬

мает почти всю площадь здания, не имеет внутри перегородок, кроме тех,

которые отделяют подсобно-вспомогательные помещения. Зальная схема

экономична, но не исключает контакт больных животных (птиц) со здоро¬

выми, ограничивает возможности дезинфекции помещений.
Секционная схема (рис. 2.14,6) обеспечивает размещение в здании

двух или нескольких одинаковых производственных секций, вход в кото¬

рые организован через подсобное помещение. Эта схема удобна для

хранилищ, в которых производят первичную обработку овощей и фруктов.
Коридорно-секционная схема отличается от секционной тем, что

вход в секции предусматривается из коридора. В здании может быть один

продольный коридор или несколько коридоров, в том числе и поперечных.

Последнее характерно для моноблоков, в которых группы одинаковых сек¬

ций располагаются между поперечными коридорами. Схема менее эконо¬

мична, чем зальная, так как предполагает возведение большого числа стен

и перегородок, однако удобнее зальной для организации технологического

процесса в животноводческих зданиях, хранилищах, в которых необходи¬

мы изоляция процесса и периодическая дезинфекция помещений.
При анфиладной схеме (рис. 2.14,в) предусматривается последова¬

тельный переход из одного производственного помещения в другое. Сме¬

шанная (комбинированная) схема применяется, если в здании размещают

несколько различных по площади и конфигурации производственных поме¬

щений.
Проектирование сельскохозяйственных зданий каркасного типа ве¬

дется на основе унифицированных габаритных схем (УГС).
2.2.	Конструктивные системы и схемы зданий
Возведенные здания должны быть прочными, экономичными, огне¬

стойкими. Эти свойства зависят от конструкций, разработку которых на¬

чинают с решения принципиального вопроса конструирования - выбора

конструктивной системы здания. Что же такое конструктивная система

здания?
159

1111М111 11 I 11 Г
n I III 111 и II rrfm 11 [11111
HE
СПЕ
НПТПТТ
	Ill
ШШ
3000l l l3000
60000
| 12QQQ j6QQ0f_ 12QQQ_f
—х
Ьт.
ii

-1» *-
10
9
ы
12
ц м
ЛЛЛГ
Рис. 2.14 Планировочные схемы сельскохозяйственных зданий:

а - зальная планировочная схема (план коровника на 200 голов); 1 - основное производственное

помещение; 2- инвентарная; 3- помещение для запаса кормов; 4 * вентиляционная камера;
5- алектрощитовая; б - секционная планировочная схема (план фруктохранилшца-

холодильника на 500 т.); 1 - холодильная камера; 2- экспедиция; 3 - комната приема пищи;
4 - гардеробная; «5-инвентарная; б - злектрогцитовая; 7- навес; в • свободная схема планировка

(план цеха плодово-ягодных натуральных соков); 1 - площадка для сырья; 2-навес для тары;
3 - моечное отделение; 4 - отделение роалива; 5 - дробильно-прессовое отделение;
6-стерилизационное отделение; 7- отделение мойки банок; 8-компрессорная;
9-вентиляционная камера; /О-бойлерная; П-сушилка; 12-кладовая;
13 - вспомогательные помещения
160

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на

себе действие многочисленных нагрузок, отличающихся по величине, на¬

правлению, характеру действия и месту приложения. Конструкции, уча¬

ствующие в восприятии нагрузок, называют несущими. К вертикальным не¬

сущим конструкциям относятся фундаменты, стены, отдельные опоры, а к

горизонтальным - перекрытия и покрытие. Размещаясь в объеме здания в
■	определенном сочетании, несущие конструкции образуют пространствен-

| ную систему, способную воспринимать все действующие на здание силовые

нагрузки и воздействия и обеспечивать его прочность, жесткость и устой¬

чивость. Эта система и называется конструктивной системой здания.
Понятие конструктивная система является обобщенной конструк¬

тивно-статической характеристикой здания, не зависящей от материалов,

из которых оно возводится, и способа возведения.
Восприятие и передача нагрузок осуществляется конструкциями по

следующей схеме.
Вертикальные несущие конструкции воспринимают действующие

на здание вертикальные нагрузки (от собственной массы, оборудования,

снега и др.) и передают их основанию.
Горизонтальные несущие конструкции воспринимают горизонталь¬

ные (ветровая, сейсмическая и др.) нагрузки и поэтажно вместе с собствен¬

ной массой передают их вертикальным несущим конструкциям. Существу¬

ет несколько способов передачи горизонтальных нагрузок. Горизонталь¬

ные нагрузки могут быть равномерно распределены между вертикальными

несущими конструкциями, либо передаваться на специальные вертикальные

элементы жесткости (диафрагмы, связи, стволы жесткости). Возможно и

промежуточное решение с распределением горизонтальных нагрузок в раз¬

личных пропорциях между вертикальными несущими конструкциями и эле¬

ментами жесткости.
Горизонтальные несущие конструкции зданий массового строитель¬

ства, как правило, однотипны и обычно представляют собой железобетон¬

ные диски. В отличие от горизонтальных, вертикальные несущие конструк-

, ции разнообразны. К ним относятся плоскостные элементы (стены, диаф¬

рагмы жесткости), стержневые элементы сплошного сечения (стойки карка-

|са), объемно-пространственные элементы высотой в этаж (объемные бло-

I ки), внутренние объемно-пространственные полые стержни на высоту зда-

| ния в виде стволов (ядер) жесткости, внешние объемно-пространственные

[несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки зам-

; кнутого сечения.
Тип вертикальной несущей конструкции определяет тип конструк¬

тивной системы здания. Различают основные, комбинированные и смешан¬

ные конструктивные системы. Основных систем пять: бескаркасная (стено¬

вая), каркасная, объемно-блочная,ствольная и оболочковая.
В пределах одной конструктивной системы пространственное поло¬

жение вертикальных несущих конструкций может меняться. Вариант кон¬

структивной системы по признаку размещения в пространстве (продольно¬
161

го, поперечного, перекрестного) вертикальных несущих конструкций на¬

зывается конструктивной схемой здания.
Бескаркасная (стеновая) конструктивная схема является основной в

проектировании зданий мелкоячеистой объемно-планировочной структу¬

ры: квартирных жилых домов, общежитий, гостиниц, спальных корпусов

домовотдыха, больниц и др. (рис. 2.15).
Рис 2.15. Бескаркасная (стеновая) конструктивная система
Стены воспринимают все вертикальные, а через перекрытия и все

горизонтальные нагрузки, действующие на здание. Система включает три

варианта конструктивной схемы. Общим для всех вариантов схем является

способ восприятия горизонтальных нагрузок.
Горизонтальные нагрузки, действующие вдоль несущих стен вос¬

принимаются этажеркой из взаимосвязанных стен и перекрытий, а перпен¬

дикулярно несущим стенам - вертикальными диафрагмами жесткости, в

качестве которых обычно используются стены лестничных клеток, меж-

секционные, торцевые и другие стены.	|
Конструктивная схема с продольными несущими стенами и попе¬

речными диафрагмами жесткости (рис. 2.16,а) является традиционной в про¬

ектировании жилых зданий с кирпичными и крупноблочными стенами. Пре¬

имущество схемы заключается в свободе планировочного решения благода-
162

4 1
ПИ I ii |
4 1
in irfrrtii
t
i
- -o
—о
i ii ii ii i ii iiii ii
б	в
Рис 2.16. Конструктивные схемы в бескаркасной (стеновой) системе:

а - с продольными несущими стенами и поперечными диафрагмами жесткости; б - с попере¬

чными несущими стенами и продольными диафрагмами жеспсосги; в - с перекрестно

расположенными несущими стенами; 1 - несущие стены; 2- самонесущие (ненесущие) стены;
3-диафрагмы жесткости; 4-лестничные клетки
ря редко расставленным (через 25-40 м) диафрагмам. Недостатком схемы

является перерасход стенового материала из-за необходимости увеличить

толщину наружных несущих стен, обеспечивая их теплозащитные свой¬

ства.
Конструктивная схема с поперечными несущими стенами и про¬

дольными диафрагмами жесткости применяется, в основном, при проекти¬

ровании крупнопанельных жилых и некоторых общественных зданий (дет¬

ские дошкольные учреждения, поликлиники, школы). Она используется

также при проектировании жилых кирпичных и крупноблочных зданий

(рис. 2.16,6). Различают два варианта этой схемы: с широким (7,2 м) и сме¬

шанным (2,4-3,0 м и 7,2 м) шагом несущих стен. Наружные стены (за исклю¬

чением торцевых] выполняют ненесущими (навесными) или самонесущими.

По сравнению с предыдущей эта схема более экономична. Недостатком

схемы является большая по сравнению с продольной стеновой схемой жес¬

ткость планировочного решения.
Конструктивная схема с перекрестно расположенными несущими

стенами находит применение при проектировании жилых и общественных

зданий мелкоячеистой объемно-планировочной структуры (рис. 2.16,в). Ча¬

сто расположенные несущие стены образуют конструктивно-планировоч¬

ные ячейки площадью до 20 м2, что делает практически невозможной транс-
11- 2473	163

формацию помещений в период эксплуатации здания. Некоторое разнооб¬

разие планировочных решений может быть достигнуто при использовании

смешанного шага внутренних несущих стен. Преимущество данной схемы
-	повышенная пространственная жесткость. Горизонтальные нагрузки

воспринимаются и передаются основанию пространственной структурой

из несущих стен и перекрытий.
Каркасная конструктивная система является основной в проектиро¬

вании производственных и сельскохозяйственных зданий, а также обще¬

ственных и жилых зданий повышенной этажности (рис. 2.17). По сравнению

с бескаркасной эта система имеет ряд преимуществ. Так, замена

протяженных несущих стен на редко расставленные колонны обеспечива¬

ет значительное снижение массы здания и максимальную свободу планиро¬

вочного решения. Основным преимуществом полнокаркасных зданий явля¬

ется четкое разграничение функций между каркасом, воспринимающим все

нагрузки и стенами, являющимися только ограждениями.
Рис. 2.17. Каркасная конструктивная система
Вертикальные несущие конструкции в каркасной схеме — стержне j

вые (колонны). Их соединения с горизонтальными несущими элементами

(ригелями, балками, фермами) могут быть жесткими и шарнирными. Способ

соединений определяет характер работы каркасов под нагрузкой. Исход"

ным для всех типов каркасов является рамный (рис. 2.18).
164
I

. Рис. 2.18, Рамный каркас:

1 - колонна: 2 - ригель:

3- жесткий стык; 4 - рама
В рамном каркасе ригели располагают в продольном и поперечном

«правлениях, соединяют с колоннами в рамы с помощью жестких (непод

зижных) узлов, которые исключают возможность смещения под действием

«грузки одного элемента относительно другого и обеспечивают совмест-

меть работы соединяемых элементов. Рамы воспринимают все вертикаль-

1ые и горизонтальные нагрузки, действующие на здание. Рамный каркас яв¬

ляется очень прочным, но выполнение жестких узловых соединений пред-

:тавляет определенные конструктивные трудности и требует большого

засхода металла. Кроме того, элементы каркаса получаются чрезмерно

пассивными, поэтому рамный каркас применяют сравнительно редко -

'ам, где необходима повышенная прочность и жесткость: в производствен-

1ых цехах с мостовыми кранами большой грузоподъемности, многоэтаж-

1ых гражданских зданиях, объектах, возводимых в сейсмических районах.
Объемно-блочная конструктивная система применялась, в основ-

юм, при проектировании жилых зданий (рис. 2.19). В этой системе верти¬

кальными несущими элементами служат объемные блоки, включающие в

:ебя комнату или даже квартиру. Блоки устанавливают друг на друга стол-

, 5ами на всю высоту здания с передачей вертикальной нагрузки от вышеле¬

жащих блоков нижележащим по контуру, двум противоположным сторо-

1ам или углам блоков. Соединенные друг с другом столбы блоков образу¬

ет достаточно прочную и жесткую структуру, способную воспринимать

асе вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание.
Ствольная конструктивная система — нетрадиционная система, ис¬

пользуемая при проектировании высотных жилых и общественных зданий

оашенноготипа (рис. 2.20). Вертикальным несущим элементом, воспринима¬

ющим все вертикальные и горизонтальные нагрузки, является жесткий

:ердечник - ствол центрального лестнично-лифтового узла, площадь кото-

юго составляет 10-25% площади здания. Стены стволов монтируют из от-
165

дельных панелей, жестко соединенных друг с другом и с фундаментом

либо выполняют монолитными. Применяются перекрытия консольногс

типа. Система допускает устройство подвешенных этажей[25].
1
Рис. 2.20. Ствольная конструктив¬

ная система

Оболочковая конструктивная система или система с несущими на¬

ружными объемно-пространственными жесткостными конструкциями ис-

шользуется редко — в зданиях высотой до 100 и более этажей (рис. 2.21). В

юсновном варианте системы несущая часть здания представляет собой на-

■ружную оболочку — вертикальную пространственную замкнутую конст¬

рукцию, жестко заделанную в фундамент или в конструкции подземных

этажей, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагруз¬

ки на здание. Поперечную жесткость оболочки обеспечивают жесткие

конструкции перекрытий. Конструкции оболочек разнообразны. Наиболее

часто применяется оболочка в виде безраскосной пространственной рамы

из стоек и поэтажных ригелей (рис. 2.21,а) [26].
Рамные конструкции оболочек рекомендуется использовать в зда¬

ниях высотой не более 80-ти этажей. В более высоких зданиях жесткость

рамной конструкции для восприятия больших ветровых нагрузок может

•оказаться недостаточной, поэтому конструкцию заменяют на связевую ре¬

шетчато-раскосную. Такая конструкция оболочки используется в зданиях

■высотой до 110 (120) этажей и представляет собой пространственную фер¬

му, поставленную вертикально. Горизонтальные элементы фермы распола¬

гают с шагом в 10-16 этажей. В плоскости этих этажей делают жесткий диск-
•	ростверк, который служит опорой для отдельной части здания, вставляе¬

мой, как блок, в каждую ячейку фермы, ограниченную ростверками. Обо-

\очки выполняются в зданиях высотой до 55-ти этажей из железобетона, а

з зданиях большей высоты — из металла (рис. 2.21,6).
Рис. 2,21. Оболочковая конструк¬

тивная система;

а - оболочка выполнена в виде

безраскосной пространственной

' рамы; б - оболочка выполнена в виде

раскосной пространственной

фермы

Наряду с основными конструктивными системами широко применя¬

ются комбинированные конструктивные системы, в которых вертикальные

несущие конструкции компонуются из разнотипных элементов — стержне¬

вых и плоскостных, стержневых и ствольных и т.д.
Рис. 222. Комбинированные конструктивные системы;

а - система с неполным каркасом; б- каркасжквязевая (каркасно-диафрагмовая) система;

в - каркасно-ствольная система; г- конструктивные схемы каркасно-связевой системы;
1 - несущие стены; 2-самонесущие (ненесущие) стены; 3- колонна; 4-ригель; 5- перекрытие

б- связь (диафрагма) жесткости; 7- ствол (яда) жесткости; 8-жесткий стык; 9- гибкий

(шарнирный) стык
В системе с неполным каркасом (рис. 2.22,а) в качестве вертикаль-j

ных несущих конструкций используются стены и стойки каркаса, между

которыми с помощью жестких перекрытий распределяются действующие

168

на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки. Система применяется

в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом

или с наружным каркасом и внутренними несущими стенами. На сочетании

стержневых и плоскостных вертикальных несущих конструкций основана

каркасно-связеваясистема (каркасно-диафрагмовая, каркасно-дисковая),
)	Вертикальными несущими конструкциями этой системы (рис.
2.22,6)	являются стойки каркаса и специальные вертикальные элементы же¬

сткости, которые выполняют в виде вертикальных металлических конст¬

рукций - связей жесткости или в виде специальных железобетонных пере¬

городок - диафрагм (стенок) жесткости. Стойки каркаса жестко соединя¬

ются с ригелями (балками, фермами) и образуют рамы. Рамы размещают в

здании в каком-то одном, чаще поперечном направлении. В противополож¬

ном направлении размещают элементы жесткости. Вертикальные нагрузки

через перекрытия передаются рамам, а горизонтальные распределяются

между рамами и диафрагмами (связями) в соотношении, пропорциональном

жесткости этих элементов. Каркас системы по характеру работы под на¬

грузкой получил название рамно-связевого. Рамно-связевый каркас в сбор¬

ных железобетонных конструкциях широко применяется в каркасных зда¬

ниях и является наиболее распространенным типом каркаса.
Конструктивные схемы в рамно-связевой конструктивной системе

Отличаются размещением в плане (продольным или поперечным) рам карка-

:а (рис. 2.22,г).
Каркасно-ствольная система основана на разделении статических

функций между каркасом и стволом или несколькими стволами жесткости

!рис. 2.22,в). Узлы соединения ригелей и колонн каркаса выполняются шар-

-шрными (гибкими), поэтому каркас воспринимает только вертикальные

«грузки. Для восприятия горизонтальных и несимметричных вертикаль-

■шх нагрузок требуются дополнительные элементы жесткости. Горизон¬

тальными элементами жесткости служат перекрытия, плиты которых со-

;динены в жесткий диск, включающий в работу все колонны каркаса.
Чтобы здание не "сложилось" поддействием горизонтальных нагру-

юк, вводятся вертикальные элементы жесткости — стволы (ядра) жесткос¬

ти. Такой каркас называют связевым. Рамно-связевый и связевый каркасы

-шляются производными от системы пространственного рамного каркаса.
Наряду с основными и комбинированными применяются смешанные

конструктивные системы, основанные на сочетании в здании по его высо¬

те или протяженности двух или нескольких конструктивных систем. В зда-

1иях со смешанной системой возможен, например, переход от бескаркас-

■юй (стеновой) системы в типовых этажах к каркасной системе в первых

4ли верхних этажах здания.
Ознакомившись с конструктивными системами и схемами зданий,

рассмотрим входящие в их состав конструкции.
169

2.3.	Несущие каркасы
Конструкции каркасов изготавливают из железобетона, металла,
дерева.
2.3.1.	Железобетонные каркасы
В современном строительстве железобетонные каркасы выполняют

в основном сборными из унифицированных типовых конструкций заводс¬

кого изготовления. Основными типами многоэтажных железобетонных

каркасов являются стоечно-балочный, безбалочный и с межферменными

этажами.
I
I
тг и
/77 . /77 . ///
I -in
<<p(6QCi
Рис. 2.23. Стоечно-балочный каркас. Элементы:

а - схема поперечной рамы каркаса: б- колонны и ригели гражданских зданий; в - колонны и

ригели про-мышленных и сельско-хозяйсгвенных зданий

Наибольшее распространение получил стоечно-балочный каркас в

рамно-связевом варианте (рис. 2.23). Основу стоечно-балочного каркаса со¬

ставляют многоэтажные рамы, образованные колоннами и ригелями.
Колонны имеют высоту в один или два-три этажа и размеры попе¬

речного сечения 300x300, 400x400 и 400x600 мм. Стыки колонн обычно уст¬

раивают на 0,6-1 м выше отметки перекрытия.
170

а стык замоноличивают бетоном. В шарнирных (гибких) стыках связь

колонны с ригелем осуществляется только с помощью сварки закладных

деталей (рис. 1.24,в), атакже с помощью "рыбки" (рис.2.24,а).
Панели перекрытий соединяют с ригелями сваркой закладных дета¬

лей. Швы между панелями заливают цементным раствором. Такие соедине¬

ния превращают перекрытия в жесткие диски, исключающие необходи¬

мость устройства каких-либо дополнительных элементов жесткости в плос¬

кости перекрытий.
Вертикальные элементы жесткости устраивают между колоннами в

плоскости рам и перпендикулярно к ним в виде стальных связей либо в виде

железобетонных стенок-диафрагм (рис. 2.24,г,д). Стальные связи (крестовые

при шаге колонн 6 м и портальные при шаге колонн 12 м) выполняют из про¬

катных профилей и соединяют сваркой с закладными деталями колонн. Свя¬

зи устанавливают поэтажно в середине температурного блока (через 30 м)

по продольным рядам колонн в каждом ряду или через 1-2 ряда. В много¬

этажных каркасах гражданских зданий в качестве вертикальных элементов

жесткости используют стенки-диафрагмы, которые выполняют из одно¬

этажных панелей сплошного сечения. Диафрагмы, устанавливаемые в плос¬

кости рам, имеют одно- двухконсольную полку для опирания перекрытий.

Связь диафрагм с рамой осуществляется сваркой выпусков арматуры с

последующим замоноличиванием стыков. Из нескольких плоских панелей

могут компоноваться пространственные связевые системы. Размещение в

здании плоских или пространственных элементов жесткости осуществляет¬

ся с учетом планировочного решения, а расстояния между ними определя¬

ются расчетом (рис. 2.24,е).
Безбалочный каркас (рис. 2.25) применяется в многоэтажных произ¬

водственных зданиях в тех случаях, когда по санитарно-гигиеническим тре¬

бованиям в помещениях необходимо наличие гладкого потолка (холодиль¬

ники, мясокомбинаты и т.д.). По характеру работы под нагрузкой этот кар¬

кас является рамным. Его применяют только для сетки колонн 6x6 м при на¬

грузках на перекрытие от 5 до 30 КПа. Межколонные плиты (плиты-балки)

имеют по продольным сторонам выступы - четверти. Межколонные пли¬

ты укладывают в двух взаимно-перпендикулярных направлениях на сбор¬

ные железобетонные капители, опирающиеся на выступы (консоли) одно¬

этажных колонн квадратного или круглого сечения. Пролеты между плита-

ми-балками перекрывают пролетными плитами, опирающимися по контуру

на четверти межколонных плит, и соединяют с последними сваркой заклад¬

ных деталей и выпусков арматуры. Пространственная жесткость и устой¬

чивость каркаса обеспечиваются жесткостью узлов соединений его элемен¬

тов [27].
Каркас с межферменными этажами применяется в крупнопролет¬

ных многоэтажных промышленных зданиях (рис. 2.26). Этот каркас проек¬

тируют рамно-связевым. Многоэтажные рамы образованы одноэтажными

колоннами сечением 300x600 мм или 300x800 мм безраскосными фермами

пролетами 12 и 18 м. Продольную устойчивость каркаса обеспечивают
172

о
б
Рис. 2.25. Безбалочный каркас Элементы

I - схема поперечной рамы каркаса; б-план конструктивной ячейки; 1 - колонна; 2- капитель;

3 - межколонные плиты; 4 - пролетная плита
173

а стык замоноличивают бетоном. В шарнирных (гибких) стыках связь

колонны с ригелем осуществляется только с помощью сварки закладных

деталей (рис. 1.24,в), а также с помощью "рыбки" (рис.2.24,а).
Панели перекрытий соединяют с ригелями сваркой закладных дета¬

лей. Швы между панелями заливают цементным раствором. Такие соедине¬

ния превращают перекрытия в жесткие диски, исключающие необходи¬

мость устройства каких-либо дополнительных элементов жесткости в плос¬

кости перекрытий.
Вертикальные элементы жесткости устраивают между колоннами в

плоскости рам и перпендикулярно к ним в виде стальных связей либо в виде

железобетонных стенок-диафрагм (рис. 2.24,г,д). Стальные связи (крестовые

при шаге колонн 6 м и портальные при шаге колонн 12 м) выполняют из про¬

катных профилей и соединяют сваркой с закладными деталями колонн. Свя¬

зи устанавливают поэтажно в середине температурного блока (через 30 м)

по продольным рядам колонн в каждом ряду или через 1-2 ряда. В много¬

этажных каркасах гражданских зданий в качестве вертикальных элементов

жесткости используют стенки-диафрагмы, которые выполняют из одно¬

этажных панелей сплошного сечения. Диафрагмы, устанавливаемые в плос¬

кости рам, имеют одно- двухконсольную полку для опирания перекрытий.

Связь диафрагм с рамой осуществляется сваркой выпусков арматуры с

последующим замоноличиванием стыков. Из нескольких плоских панелей

могут компоноваться пространственные связевые системы. Размещение в

здании плоских или пространственных элементов жесткости осуществляет¬

ся с учетом планировочного решения, а расстояния между ними определя¬

ются расчетом (рис. 2.24,е).
Безбалочный каркас (рис. 2.25) применяется в многоэтажных произ¬

водственных зданиях в тех случаях, когда по санитарно-гигиеническим тре¬

бованиям в помещениях необходимо наличие гладкого потолка (холодиль¬

ники, мясокомбинаты и т.д.). По характеру работы под нагрузкой этот кар¬

кас является рамным. Его применяют только для сетки колонн 6x6 м при на¬

грузках на перекрытие от 5 до 30 КПа. Межколонные плиты (плиты-балки)

имеют по продольным сторонам выступы - четверти. Межколонные пли¬

ты укладывают в двух взаимно-перпендикулярных направлениях на сбор¬

ные железобетонные капители, опирающиеся на выступы (консоли) одно¬

этажных колонн квадратного или круглого сечения. Пролеты между плита¬

ми-балками перекрывают пролетными плитами, опирающимися по контуру

на четверти межколонных плит, и соединяют с последними сваркой заклад¬

ных деталей и выпусков арматуры. Пространственная жесткость и устой¬

чивость каркаса обеспечиваются жесткостью узлов соединений его элемен-

тов[27].
Каркас с межферменными этажами применяется в крупнопролет¬

ных многоэтажных промышленных зданиях (рис. 2.26). Этот каркас проек¬

тируют рамно-связевым. Многоэтажные рамы образованы одноэтажными

колоннами сечением 300x600 мм или 300x800 мм безраскосными фермами

пролетами 12 и 18 м. Продольную устойчивость каркаса обеспечивают
172

о
Рис. 2.25. Безбалочный каркас Элементы:

t - схема поперечной рамы каркаса; б-план конструктивной ячейки; 1 - колонна; 2-капитель;
3	- межколонные плиты; 4 • пролетная плита

1 2
■"Ч
3
\ 1
1 2
1 1
4
3
1 2
1
12000 (18000)
Рис. 2.26. Схема поперечной рамы

каркаса с межферменными

этажами:
I * производственный этаж;
2-межферменный этаж; 3-ферма;

4 - плиты перекрытия
Рис 227. Одноэтажный железобетонный каркас промышленного здания:
1 - колонна; 2- столбчатый фундамент; 3 - фундаментная балка; 4 - подкрановая балка;
5-	стропильная балка; 6* плита покрытия; 7-наружная стена; 5-окно; 9-перемычка; 20-связи

174

стальными связями, а также плитами перекрытий (покрытия). Высота ферм

в зависимости от целей использования межферменного пространства со¬

ставляет 1,2 м для непроходного (технического) этажа и 2,4 или 3 м - для

проходного (технического) этажа и 3,6 м — для этажа с административно-

хозяйственными помещениями, конструкторскими бюро и т.д.
Одноэтажные железобетонные каркасы (рис. 2.27) применяют в про¬

изводственных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предпри¬

ятий, оборудованных подвесными или мостовыми кранами; последние

передвигаются по рельсовым путям вдоль подкрановых балок, установлен¬

ных на консолях колонн. Каркасы проектируют рамно-связевыми на осно¬

ве унифицированных габаритных схем, предусматривающих пролеты от 6

до 30 м, шаг колонн 6 и 12 м, высоту от 3 до 18 м.
Основу каркаса составляют поперечные одно- или многопролетные

рамы (рис. 2.27). В продольном направлении рамы для обеспечения про¬

странственной жесткости и устойчивости здания соединяют связями, к ко¬

торым относятся подкрановые балки, подстропильные конструкции и ме¬

таллические связи, устраиваемые в покрытии и между колоннами.
Поперечная рама каркаса образуется из колонн, защемленных в

фундаментах, и стропильных конструкций в виде балок или ферм

(рис.2.28). При наличии мостовых кранов колонны снабжаются консолями.

При кранах грузоподъемностью до 30 т колонны делают сплошного сече¬

ния, при большей грузоподъемности - двухветвевыми. Пролеты в 6, 9, 12 и

иногда 18 м при рулонных кровлях перекрываются балками с параллельны¬

ми поясами или двухскатными балками. Шаг балок 6 и 12 м. Балки выполня¬

ют таврового или двутаврового сечения со сплошной стенкой типа БО (бал¬

ка односкатная) или типа БД (балка двускатная) с уклоном верхнего пояса

1:20(30) .Применяют также двускатные решетчатые балки типа БР.
Пролеты величиной 8, 24 и 30 м перекрываются фермами, масса ко¬

торых значительно меньше массы балок. Шаг ферм 6 и 12 м. Фермы могут

изготавливаться цельными или составляться из двух полуферм или блоков.

Применяют фермы сегментные, арочные и полигональные, а также с парал¬

лельными поясами. Решетка ферм позволяет использовать плиты шириной

1,5 и 3 м.
Сегментные фермы с раскосной решеткой применяют для скатных,

а с безраскосной решеткой — для скатных и плоских покрытий. Для безру-

лонных (мастичных) кровель рекомендуются фермы с параллельными по¬

ясами. По требованиям технологии и экономическим соображениям неред¬

ко каркас устраивают с шагом крайних (пристенных) рядов колонн 6м, а

средних - 12 м. В этом случае для устройства покрытия, кроме стропиль¬

ных, необходимо применение подстропильных конструкций (балок, ферм),

которые укладывают в продольном направлении на средние ряды колонн.

1При этом высота средних колонн снижается на высоту опорного столика

подстропильной конструкции (700 мм). При шаге колонн крайних и средних

рядов 12 м и расположении стропильных конструкций через 6 м также тре-

|буются подстропильные конструкции.
175

Рис, 228. Элементы одноэтажного железобетонного каркаса промышленного здания;

а - колонны; б-стропильные балки (СБ); в - стропильные фермы (СФ); г- подстропильная (

балка; д - подстропильная ферма; I • колонны в зданиях без мостовых кранов; 2,3 * колонны в

зданиях с мостовыми кранами; 4 - односкатные СБ (I - 6,9 м); 5• двускатная СБ (I = 12,18 м)j
6-СБ с параллельными поясами (L = 12м); 7- решетчатая СБ (I = 18м);б-сегментнаяСФ; "

9-арочная раскосная СФ; 10 ■ арочная без раскосная СФ; П-СФ с параллельными поясам!
176

Тип подстропильной конструкции зависит от типа стропильной
■	конструкции. Жесткость и устойчивость каркаса при нагрузках, действу¬

ющих в плоскости рам (от массы покрытия, снега и т.д.), обеспечивается

жесткостью узлов соединения колонн и стропильных конструкций. Жест¬

кость и устойчивость каркаса при нагрузках, действующих из плоскости

рам (от ветра, торможения кранов), обеспечивается подкрановыми балками,

подстропильными конструкциями, плитами покрытия и металлическими го¬

ризонтальными и вертикальными связями (рис. 2.29).
Горизонтальные связи устанавливаются в плоскости верхнего и

нижнего пояса балок или ферм, вертикальные — между колоннами и балка¬

ми (фермами) в вертикальной плоскости. Конструктивное решение связей

зависит от высоты здания, величины пролета, шага колонн, наличия кранов

и их грузоподъемности. Горизонтальные связи в виде металлических ветро¬

вых ферм по нижнему поясу стропильных конструкций устраивают в тор¬

тах зданий большой высоты или при наличии мостовых кранов грузоподъ¬

емностью более 30 т.
При устройстве фонарных проемов в покрытии стропильные конст¬

рукции в торцах проемов соединяют по верхним поясам горизонтальными

крестовыми связями, а под фонарями - стальными распорками.
Вертикальные связи крестовые или портальные между колоннами в

каждом продольном ряду устанавливают в середине температурного блока.

Вертикальные связи между опорами балок или ферм ставят в крайних про¬

летах температурного блока зданий без подстропильных конструкций.
2.3.2.	Металлические каркасы
Металлические каркасы используют, главным образом, в одноэтаж¬

ных промышленных зданиях с пролетами 30 м и более, высотой колонн бо¬

лее 18 м, при наличии мостовых кранов грузоподъемностью более 30 т. Ме-

.таллический каркас целесообразен в зданиях, возводимых в сейсмических

и труднодоступных районах, не имеющих предприятий по изготовлению

сборных железобетонных конструкций; в тех случаях, когда железобетон¬

ный каркас неприменим из-за агрессии внутренней среды; при наличии не¬

унифицированных геометрических параметров здания или больших нагру-
■	зок на перекрытия.
Основу металлического каркаса так же, как и железобетонного, со¬

ставляют поперечные рамы, состоящие из колонн, жестко защемленных в

фундаменте, и стропильных ферм, реже - из балок (рис. 2.30).
*	Колонны могут быть постоянного сечения по высоте и ступенчатые
^двухветвевые. Колонны постоянного сечения выполняют из прокатных

(сварных двутавров с консолями для опирания подкрановых балок. Их уста-

. навливают в бескрановых зданиях, а также в зданиях высотой до 9,6 м с мо¬

стовыми кранами грузоподъемностью до 20 т. Ступенчатые двухветвевые

колонны предназначены для зданий высотой до 18 м, с крановым оборудо¬

ванием до 125 т.
177

Egg!
6000 , . 6000 , 6000 6000

	 *+—-11- » I ■	H—	»■ и ■ 11— •—<
И;
1 г
■
лл
7—1
1 II.
Рис 229. Одноэтажный железобетонный каркас промышленного здания:
Связи: а - размещение вертикальных связей в зданиях с плоскими покрытиями (без

подстропильных конструкций); б - размещение вертикальных связей в зданиях с

подстропильными конструкциями; в - размещение горизонтальных связей в пределах

температурного блока; 1 - колонна; 2 - стропильная конструкция; 3 - подстропильная

конструкция; 4 - подкрановая балка; 5 - крестовые вертикальные связи; 6 - портальные

вертикальные связи; 7-связевые вертикальные фермы; 8-ветровые горизонтальные фермы

9 - распорки; 10 - горизонтальные крестовые связи
178

Рис. 230. Одноэтажный металлический каркас промышленного здания:
Элементы: 1 - колонны; 2- стропильная ферма; 3 - подкрановая балка; 4 - вертикальные

связевые фермы; 5- растяжка вуровне нижнего пояса ферм; 6- вертикальные крестовые связи

между колоннами; 7- горизонтальные крестовые связи вуровне нижнего пояса ферм;

й-подкрановая консоль; 9-ребра жесткости; 10-траверса; 11-анкерная плитка; 12-анкерные

болтьс 13-опорнаяплита; 14-цементныйраствор; /J-бетонныйфундамент; 16-опорный

столик; 17- опорная планка; /8-фасонка

Надкрановая часть колонны выполняется из двутавра, подкрановая

состоит из двух ветвей, соединенных решеткой. На уступ подкрановой вет¬

ви опирают подкрановые балки. Нижняя часть колонн завершается "баш¬

маком" - расширением, состоящим из вертикальных ребер (траверс) и

опорной плиты, укладываемой на железобетонный фундамент по слою це¬

ментного раствора. Башмак соединяется с фундаментом анкерными

болтами.
Для устройства плоских покрытий используют фермы с параллельны¬

ми поясами с шагом 6 и 12 м. Треугольные фермы с шагом 6 ч применяют для
■	устройства скатного покрытия в неотапливаемых зданиях с кровлей из асбес¬

тоцементных листов. Элементы ферм изготавливают из уголков или тавров,

соединяемых в узлах электросваркой с помощью металлических листов — ко¬

сынок или высокопрочными болтами. Элементы ферм могут также изготавли¬

ваться из труб, свариваемых встык; эти фермы экономичнее по расходу метал¬

ла, менее трудоемки при изготовлении и имеют меньшую массу.
2- 2473	179

В каркасе могут использоваться подстропильные фермы с парал¬

лельными поясами для плоских покрытий и треугольные — для скатных.

Условия их применения те же, что и в железобетонном каркасе.
Важную роль в обеспечении пространственной жесткости и устой¬

чивости каркаса играют связи. Различают две группы связей, одна из кото¬

рых устанавливается по колоннам, а другая - по покрытию здания.
Вертикальные связи по колоннам обеспечивают создание системы

продольных рам, воспринимающих нагрузки, действующие вдоль здания,

облегчают монтаж колонн и увеличивают их жесткость из плоскости попе¬

речных рам. При отсутствии подстропильных конструкций связи устраива¬

ют в три яруса: первый - от пола до подкрановой балки, второй - от под¬

крановой балки до низа ферм и третий - в пределах высоты ферм. Если

покрытие проектируется с подстропильными конструкциями, устраивается

два яруса связей[28].
Нижние вертикальные связи (крестовые или портальные) устанавли¬

вают в середине температурного блока, верхние - в середине и по торцам

блока. Продольная жесткость здания повышается также за счет подкрано¬

вых балок и подстропильных ферм.
Покрытия имеют горизонтальные связи по верхним и нижним по¬

ясам ферм и вертикальные связи между торцами ферм (рис. 2.31). В уровне
\/ч
X.
лл
\
1
\
)<>
Т’1
/Ъ'
ш,
ж
►ЭВЗЖЯЯЖ
/
Ж
ж:
Рис 2.31. Одноэтажный металлический каркас промышленного зд ания;
Связи в покрытии: а • связи по верхним поясам ферм; б-связи по нижним поясам ферм;

в-вертикальные связи между фермами; /-нижние горизонтальные связи; 2-верхние

горизонтальные связи; 3- прогоны; 4- фермы покрытия; 5-распорка; б - вертикальные связи;
7-температурный шов

зерхнего пояса ферм устраивают горизонтальные крестовые связи и рас-

юрки. Образующиеся при этом поперечные связевые фермы устраивают в

'орцах здания и у деформационных швов. При длине здания свыше 120 мет¬

ров промежуточные связевые фермы ставят через каждые 60 м.
Назначение этих связей — обеспечение устойчивости сжатых по¬

ясов ферм в горизонтальной плоскости и повышение жесткости ферм в пе-

I оиод монтажа.
j	Горизонтальными связями в уровне верхнего пояса ферм служат
»-акже плиты покрытия, а в прогонной системе покрытия - прогоны. При

использовании железобетонных плит покрытия, приваренных через

«кладные детали к верхнему поясу ферм, связевые фермы устанавливают

ш краям температурных блоков только на период монтажа.
Горизонтальные связи в плоскости нижнего пояса ферм устраивают

ю контуру температурного блока, а при блоках большой длины и посере-

1ине.
Вертикальные связи между фермами предназначены в основном для

>беспечения устойчивости ферм при монтаже. Их устраивают между опо-

)ами основных ферм, в середине пролета связевых поперечных ферм и под

тойками фонаря и выполняют крестовыми или в виде фермочек с парал-

.ельными поясами.
?. 3.3. Деревянные карка сы
Эти каркасы применяют в большепролетных общественных здани-

х (спортивные залы, выставочные павильоны) и в одноэтажных производ-

твенных зданиях промышленных и сельскохозяйственных предприятий:

дно- и многопролетных; бескрановых и с подвесными кран-балками грузо-

:одъемностью до 3,0 т; с нормальным температурным режимом, а также с

грессивной средой.
Конструкции каркасов выполняются преимущественно из древеси-

:ы хвойных пород (сосна, ель). Конструкции могут выполняться целиком

:з деревянных элементов или в сочетании с металлом; могут быть сплошны-

ш (балки, рамы, арки) и сквозными (фермы, а также рамы и арки, образо-

анные из ферм). Конструкции могут выполняться из цельных досок, бре-

ен, брусьев, быть составными из нескольких соединенных между собой

,осок, бревен, брусьев (если размеры лесоматериала не соответствуют тре¬

буемым размерам сечения конструкций), могут быть склеенными из не-

кольких досок или листов фанеры, с помощью водостойких и биостойких

леев на основе синтетических смол. Составной или клееной может быть

ся конструкция целиком (например, балка) или отдельные ее элементы (на-

ример, верхний пояс фермы, арки).
Использование клееных конструкций заводского изготовления

-беспечивает быстроту монтажа здания. Эти конструкции имеют более вы-

окое качество, устойчивы к загниванию. Клей соединяет отдельные части

онструкций в монолитные элементы любого сечения, формы и длины, по¬
181

зволяя использовать малоценные пиломатериалы. Клееные конструкции и

элементы можно армировать стальными стержнями, соединяя их с древеси¬

ной эпоксидным клеем, в результате чего получают армодеревянные конст¬

рукции с повышенной по сравнению с обычными клееными конструкциями

несущей способностью и жесткостью. Однако при нагревании до темпера¬

туры 80°, клей теряет свою прочность, при этом нарушается адгезия (связь]

арматуры с древесиной.
Соединения отдельных элементов в деревянных конструкциях могут

осуществляться на врубках, нагелях и на клею. Из деревянных конструкций

в современном строительстве монтируются стоечно-балочные, рамные и

арочные каркасы (рис. 2.32].
Стоечно-балочные каркасы (рис. 2.32,а) проектируют в основном

для производственных зданий. Пролеты перекрываются балками при проле¬

тах от 6 до 18 м или фермами при пролетах от 12 до 30 м. При больших про¬

летах используют арки с

затяжками.
Рамные каркасы (рис.
2.32,6)	проектируют для обще¬

ственных и производственных

однопролетных зданий с проле^

тами от 12 до 24 м. Несущие

рамы могут быть образованы из

прямолинейных элементов (ри¬

геля и стойки), соединенных на;

гелями, или с использованием

зубчатого шипа; могут исполь¬

зоваться и гнутоклееные рамы)

Применение клееной древесины"

позволяет получить рамные

конструкции изящных и

сложных форм, а легкость и

прочность	древесины,'
сопротивляемость загниванию

и воспламенению в

конструкциях, прошедших про-'

питкуантисептиками и антипи¬

ренами, делает их серьезными

конкурентами железобетонным

и металлическим конструкциям.
Арочные каркасы (рисJ

2.32,в) проектируют для обще|

ственных и производственных
Рис 2.32. Типы деревянных каркасов;

а - стоечно-балочный; 6 - рамный; в - арочный

182

зднопролетных зданий (склады минеральных удобрений, химического сы-

оья и др.) с пролетами до 60 м и более. Стрелу подъема арок {/] обычно при*

-шмают не менее 1/6 пролета (L), а высоту сечения арки (Л) - до 1/30 L.
Арки выполняют составными из двух полуарок, соединение кото-

оых в коньковом узле может быть осуществлено, например, с помощью ме¬

таллических уголковых накладок на болтах. Горизонтальный распор рам-

шх и арочных конструкций каркасов передается на фундаменты.
Пространственная жесткость покрытия с применением балок или
£ерм обеспечивается уст-

юйством деревянных

вязей с раскосной решет-

сой в плоскости верхних

юясов ферм или в

1лоскости скатов крыши, а

фи необходимости(напри-

тер, при большой высоте

орцевых стен) дополняется

стройством крестовых

вязей в плоскости нижних

оясов ферм (рис. 2.33,а,б).

'вязи вместе с поясами

вух соседних несущих

>ерм покрытия составляют

)ермы	жесткости:
аклонные (скатные) и

эризонтальные. Образо-

анные таким образом про-

транственные жесткие

локи размещают в покры¬

ли у торцов здания и по его

ляне на расстоянии не

олее 30м[29].
Кроме указанных

вязей, для обеспечения

ространственной жесткос-

и покрытия размещают

(гртикальные связи с рас-

юсной или полураскосной

ешеткой по фермам в

носкости опорных стоек и

середине пролета. Верти-

альные связи ставят, соеди-

яя каждую пару ферм

коло торцов здания, и че-

23 один пролет, чтобы вы-
не более 30 м
7
не более 30 м
	)
	J
А.
щ
Z3
к
5.
-СЧ / л
Ь
А/
А
Рис 2.33. Деревянный каркас. Связи в покрытии:

а - связи по верхнему поясу ферм; 6 - связи по нижнему

поясу ферм; в - расположение связей в покрытии с

трехшарнирными сквозными арками; 1 - стойки каркаса;

2 - стойки фахверка; 3 - несущие конструкции покрытая;

4 • горизонтальные связи; 5- вертикальные связи;
6 ■ прогоны; 7 ■ подвеска; 8 - затяжка
183

ход из строя одной фермы не повлек за собой обрушение всего покрытия. Пр1

пролетах ферм более 24 м вертикальные связи устраивают еще и в четвертя)

пролета.
Вертикальные крестовые связи, между стойками каркаса размещают i

торцах и через 20-25 м по длине здания, в каждом ряду колонн. Для обеспече

ния пространственной жесткости покрытий с применением сквозных арок i

рам каждая пара входящих в состав этих конструкций ферм скрепляется в уз

лах вертикальными раскосными связями (рис. 2.33,в].
2.4.	Наружные и внутренние стены
Стены - протяженные по длине вертикальные плоские конструк-1

ции. По характеру работы под нагрузкой они могут быть несущими, само-1

несущими и ненесущими (навесными). По материалу и способу возведения]

различают стены построечного типа — каменные, деревянные и стены за-*

водского изготовления - из блоков или панелей.	1
Среди каменных стен наиболее распространены стены из кирпича''

( р = 1400-1900 кг/мэ), выполненные в виде сплошной кладки толщиной до510 |

мм и более и облегченные, например, из двух кирпичных стенок толщиной 250 I

мм каждая и утеплителя из керамзита или легкого бетона. Сплошные (одно-1

слойные) конструкции применяют во внутренних стенах и нижних рядах на¬

ружных стен зданий повышенной этажности. Область применения облегчен¬

ных (слоистых) конструкций ограничивается наружными стенами зданий вы¬

сотой 3-5 этажей.
Крупноблочные стены гражданских и производственных зданий отно¬

сят к однослойным бетонным конструкциям. Масса и размеры блоков зависят

от местоположения блоков в стене и принятой схемы разрезки стены на эле¬

менты (двух- или трехрядной). Наиболее распространены блоки массой от 0,3

до 3 т из легкого бетона ( р = 1200-1800 кг/м3) для наружных стен и из тяже¬

лого бетона (р = 1900-2100 кг/м’) — для внутренних стен. Толщина блочных

стен 300, 400, 500 и 600 мм.
Крупнопанельные бетонные стены являются основным типом стен в

современных жилых зданиях. Стеновые панели могут изготавливаться одно¬

слойными, то есть целиком из бетона (рис. 2.34,а-1,2). Для панелей наружных

стен используют легкий бетон, а для панелей внутренних стен — тяжелый бе¬

тон. Применяют также многослойные (двух и трехслойные) конструкции,

включающие утеплитель из минеральной ваты, пеностекла, фибролита, поли-

стирольного и фенольного пенопластов (рис. 2.34,а-3).	J
Для стен жилых зданий используют панели высотой на этаж (2,8 м;

3,0 м; 3,3 м) и шириной на одну-две комнаты. Для стен общественных и про¬

изводственных зданий применяют так называемые полосовые панели высо¬

той 0,9 м; 1,5 м; 1,8 м и шириной 6,0м и 12,0 м. Толщина панельных стен оп¬

ределяется теплотехническим расчетом, исходя из условий обеспечения

прочности, огнестойкости, а также необходимого температурного режима

внутри здания или сооружения. Практически установлено, что хорошими

184

теплозащитными, прочностными и

огнезащитными качествами обла¬

дают несущие панельные стены

толщиной 240-350 мм; самонесущие

и ненесущие - толщиной 180-300

мм. Для неотапливаемых производ¬

ственных зданий разработаны

конструкции железобетонных

плоских и ребристых панелей на-

а ружных стен длиной 6 и 12 м (рис.

2.34,6-4,5).
К экономичным решениям

, многослойных конструкций пане-

; лей наружных стен относят панели

из небетонных материалов (пане¬

ли-экраны), преимуществом кото¬

рых, по сравнению с бетонными,

является незначительный вес. Па¬

нели состоят из двух листовых об¬

шивок, между которыми располо¬

жен утеплитель (рис. 2.35). В каче¬

стве обшивок используют асбесто¬

цементные, стальные, алюминие¬

вые плоские и профилированные

листы. Утеплителем в каркасных

панелях служат минераловатные и

древесно-волокнистые плиты, а в

бескаркасных панелях - фибро¬

лит, пенополиуретан и др. Толщи¬

на утеплителя определяется тепло¬

техническим расчетом.
о:
«. о-
ч • .
\
о\
О'
ч
\
0 .
о\
6-
0\
ъ:
К-
ур
240-350

-к——*
,300.
2.5. Перекрытия и крыши

2.5.1. Перекрытия
Рис. 234. Бетонные панели:

а-для отапливаемых зданий; б-для

неотапливаемых зданий; 1 - панель из ячеистого

бетона; 2-панель из легкого бетона с

декоративно-защитными слоями; 3 - трех

Перекрытия — горизон- слойная панель из 2-х железобетонных

1тальные комплексные конструк- ребристых плит и утеплителя; 4-железобетонная

ции, разделяющие здание на плоская панель; 5 - железобетонная ребристая

этажи. В состав междуэтажных пе-	панель
рекрытий входят несущие
элементы, пол, потолок. В состав чердачных, подвальных и других типов пе¬

рекрытий дополнительно включают различные прослойки.
185

Рис. 2.35. Панели из небетонных материалов:

а - каркасная панель с обшивками из алюминиевых листов и утеплителем из лревесно-

волокнистых плит, £>-каркаснаяпанельсобшивкамиизасбестоцементныхлисгови

минераловатным утеплителем; в - бескаркасная панель из трех слоев цементного фибролита на

цемекшо-песчаном растворе; г- бескаркасная панель с обшивками из стальных

профилированных листов и утеплителем из пенополиуретана; д - бескаркасная экструзионная

асбестоцементная панель с минераловатным утеплителем; 1 - каркас из деревянных брусков;
2 - каркас из асбестоцементных брусков; 3 - гернит 4 - цементно-песчаный раствор
186

По конструктивной схеме различают балочные и безбалочные пере¬

крытия (рис. 2.36). В состав балочных входят балки (ригели) и опирающие¬

ся на них плиты. В безбалочных перекрытиях плиты опираются непосред¬

ственно на стены или колонны. Наиболее индустриальными, а потому и

наиболее распространенными типами перекрытий являются сборные, мон¬

тируемые из элементов заводского изготовления.
| В состав сборных балочных перекрытий входят железобетонные

ригели и панели. Типы и конструкции ригелей рассмотрены в 2.3. Тип пане¬

лей по конструктивному исполнению и размерам определяется назначени¬

ем здания и величинами пролетов (рис. 2.37). В гражданских зданиях приме¬

няют панели (настилы) с круглыми пустотами или сплошные, образующие

1'ладкий потолок; в производственных и сельскохозяйственных зданиях -

ребристые. В помещениях пролетами 12, 18 и 24 м перекрытия могут устра¬

иваться с помощью длинномерных настилов типа "Тм и “2Т" или коробча¬

тых.
|	В сборных безбалочных перекрытиях панели (настилы) самостоя¬
тельно опираются на стены, перекрывая часть помещения или все помеще¬

ние целиком (панели на "комнату"). Панели на "комнату" выполняют

плошными или ребристыми из двух вибропрокатных скорлуп и эффектив-
Г I
; 4
i
^ ;
; ;
V\ ХА
У/У/Ул^///////////////////.
1	т	N	[
	1Й1	j
1
1
Т)
7 1
7777777/
,, ,
/ !

i I
f 1
1
I
1
t
1
i
tO
-Ю
I
О
о
О
Рис. 2.36. Схемы перекрытий:

а - балочные перекрытия; б - безбалочные перекрытия в виде настилов; в - безбалочные

jS ^перекрытия в веде панелей размером «на комнату»; 1 - несущая стена; 2-колонна; 3-ригель;
4 - настил (панель); 5- панель размером «на комнату»
187

lOOBD:
2400-4200	*	u-+- *	*—	*■
2400-4200
i.*» 3.6; 4.2; 5.1-7.2 m _

о
a	£2
600 - 2400
L = 2 4 - 7.2; 9 м

6
о У
1'
gfsr
1
I
' §
L-6.0;12.0m
1500(3000)
L -12; 15 m
2400(3600) x 6000

Ж
Рис. 2.37. Типы настилов и панелей сборных перекрытий:

а - сплошная панель; б - многопустотная панель; в - ребристая панель; г- длинномерный насти/

топа «Т» и «2Т»; д - длинномерный коробчатый настил; е-часторебристая панель размером «н*

комнату»; ж-шатровая панель размером «на комнату»
188

ного утеплителя между ними, или шатровыми в виде плоской плиты толщи¬

ной 60 мм, опирающейся по контуру на ребра - ригели.
В состав сборно-монолитных перекрытий наряду с элементами за¬

водского изготовления входит монолитный железобетон в виде вставок,

увеличивающих размеры сечений сборных элементов или в виде заполне-
■	ний швов между ними (рис. 2.38). Сборно-монолитным перекрытиям прису¬

щи положительные качества сборных конструкций. В частности, устрой¬

ство сборно-монолитных перекрытий целесообразно в зданиях, возводи¬

мых в сейсмических районах, так как эти перекрытия обладают повышен¬

ной жесткостью по сравнению со сборными. Недостатком является необхо¬

димость организации на площадке двух процессов производства работ: мон¬

тажа конструкций и бетонирования участков, а также несколько завышен¬

ный расход бетона и арматуры.
Монолитные перекрытия изготовляются путем укладки бетонной

смеси в опалубку — форму, соответствующую размерам и конфигурации

эудущего перекрытия. Их применяют в случаях, когда здания имеют слож¬

ную форму плана, при значительных динамических нагрузках на перекры¬

тия, или когда перекрытие является основным элементом, обеспечивающим

аространственную жесткость здания (рис. 2.39).
Простейшим типом монолитного перекрытия является гладкая пли-

га толщиной 0,06-0,1 м, опирающаяся по контуру на несущие стены. Конст-
Рис. 2.38. Сборно-монолитные перекрытия:
1 - днище главной балки; 2 - предварительно напряженная панели 3 - опорный сшковой

каркас; 4 - бетон замоноличивания
189

.J7
n—
50-100
.70-100
л
4
j
1500-3000
1500-
6
3000
6000-9000

-f	+■
Рис. 2.39. Монолитные перекрытия:

a - в виде гладкой плиты; б - балочное; в - безбалочное; / - стена; 2 - главная балка;
3-второстепенная балка; 4 -плита; 5- колонна; 6-капитель

рукция применяется при пролетах 1,5-3 м. При больших пролетах плита

приобретает значительную толщину и большую массу, что делает ее приме¬

нение невыгодным. В этих случаях устраивают балочное (ребристое) моно¬

литное перекрытие, в состав которого входят плиты толщиной 0,06-0,1 м,

главные балки (ригели) пролетом 5-9 м и высотой 1/8-1/15 пролета, опира¬

ющиеся на колонны (стены), и второстепенные балки (ребра) пролетом 4,5-

7 м и высотой 1/12-1/20 пролета, опорами для которых служат главные бал¬

ки. Монолитное балочное перекрытие, устраиваемое в помещениях с квад¬

ратной сеткой колонн, называют кессонным.
Монолитное безбалочное перекрытие состоит из гладкой плиты,

опирающейся через капители на колонны. Размеры капители определяются

условием предотвращения среза плиты по периметру капители и архитек¬

турными требованиями. Толщина плиты составляет 1/32-1/35 пролета.
2.5.2. Крыши
Крыши — наружные венчающие здание несущие и ограждающие1

конструкции, в состав которых входят несущие элементы, паро- и тепло-|

изоляционные слои, кровля (гидроизоляция). По структуре крыши разделя-1

ют на чердачные и бесчердачные (совмещенные). Чердачные крыши устра:

ивают в основном в жилых домах и некоторых типах сельскохозяйствен¬

ных зданий. Чердак, используемый для размещения инженерных коммуни¬

каций или бытовых нужд, отделяет чердачное перекрытие от собственно

крыши, в состав которой входят кровля (гидроизоляция) и несущие элемен-1

ты, поддерживающие кровлю в заданном положении.	,1
В качестве несущих элементов чердачных крыш зданий со степенью

огнестойкости не выше III, могут использоваться стропильные конструк-1

ции в виде пространственной системы из деревянных наклонных балок,

стоек и прогонов. Поверх балок крепится обрешетка из деревянных брус-

190

ков или сплошной деревянный настил, которые служат основанием для

кровли из рулонных материалов, асбестоцементных листов, кровельной ста¬

ли и др.
Индустриальные конструкции чердачных крыш монтируются из

сборных железобетонных элементов. В зависимости от места расположе¬

ния теплоизоляционного слоя различают крыши с холодным и теплым чер¬

даком (рис. 2.40).
Рис. 2.40. Индустриальные типы чердачных крыш:

а- с холодным чердаком: б-с теплым чердаком; /-утепленное чердачное перекрытие;
2-железобетонные кровельные панели; 3-железобетонная плита перекрытия;
4 -легкобетонные кровельные панели; 5-легкобетонный каркас: 6-оголовок

вентиляционного блока; 7- вытяжная вентиляционная шахта

В крышах с холодным чердаком (рис. 2.40,а) утеплитель входит в со¬

став чердачного перекрытия. Рулонная кровля наклеивается на тонкие же-

езобетонные скорлупы - кровельные панели, которые опираются на кар-

ас из легкобетонных панелей с проемами для прохода по чердаку. Утеплен

, ые чердачные перекрытия обеспечивают защиту помещений верхних эта-
191

жеи здании от перегрева и переохлаждения, а крыша - защиту от атмос¬

ферных осадков.
В крышах с теплым чердаком (рис. 2.40,6) утеплены кровельные па¬

нели, изготавливаемые из теплоизоляционного бетона, и стены чердака.
Бесчердачные крыши устраивают в гражданских, производствен¬

ных и сельскохозяйственных зданиях. Особенностью таких крыш является

совмещение всех слоев в единой конструкции (рис. 2.41). Поэтому бесчер¬

дачные крыши называют совмещенными покрытиями. Совмещенные по¬

крытия могут быть невентилируемые и вентилируемые. Устройство невен-

тилируемых покрытий допускается в районах с расчетной зимней темпера¬

турой до - 30°С во избежание промерзания конструкции[30].
Совмещенное невентилируемое покрытие построечного типа (рис.

2.41,а) устраивают путем последовательной укладки по железобетонному

перекрытию верхнего этажа пароизоляции (1-2 слоя рубероида), утеплите¬

ля (керамзитовый гравий, минеральная вата, пенобетон и др.), выравниваю¬

щей стяжки (цементно-песчаный раствор толщиной 25-30 мм), рулонной

гидроизоляции (3-4 слоя рубероида) и защитного слоя (гравий, втопленный

в мастику).
Совмещенное невентилируемое покрытие полносборного типа воз¬

водится из утепленных кровельных панелей с определенным уклоном. Это

однослойная конструкция. Полносборной является также двойная конст¬

рукция совмещенной крыши из несущих железобетонных панелей верхне¬

го этажа и уложенных по ним утепляющих панелей из легкого или ячеисто¬

го бетона.
а-невентилируемое; б-вентилируемое; 1 - плита перекрытия; 2-утеплитель; 3-стяжка;

4-кровельнаяпанель;5-гидроизоляция; 6-пароизоляция
192

Совмещенное вентилируемое покрытие отличается от невентилиру-

.иого наличием воздушного пространства над утеплителем. Вентиляция

итого пространства для удаления из утеплителя излишней влаги осуществ¬

ляется воздухом, поступающим через продухи в наружных стенах (рис

U1.6).
В промышленных и сельскохозяйственных зданиях применяют пре-

шущественно невентилируемые плоскостные совмещенные покрытия, не¬

сущими элементами в которых служат железобетонные или металлические

5алки или фермы, реже рамы или арки, а ограждающими элементами - па-

гели из бетона или других материалов (рис. 2.42).
Рис. 2.42. Схемы устройства совмещенных (плоскостных) покрытий промышленных
даний:
а-беспрогонная;б-прогонная;в-издлинномерных настилов; /-стропильная балка;
2-панельперекрытия; 3-прогон; 4-ригель; 5-длинномерный настил
В том случае, когда длина панелей не совпадает с шагом несущих

■лементов, в конструкцию покрытия включают прогоны (стальные, железо-

етонные) в виде швеллеров или двутавров (рис. 2.42,6]. Прогоны крепят к

ерхнему поясу балок или ферм с помощью коротышей из уголков, сталь-
■	ых пластин и болтов. В беспрогонной конструкции (рис. 2.42,а) покрытия

' литы, длина которых совпадает с шагом несущих элементов, приваривают

закладным деталям верхнего пояса балок или ферм.
193

д	е
Рис 2 43. Совмещенные покрытия по бетонным плитам (настилам) и на основе

металлического профилированного листа:

а-утепленное покрытие по железобетонным ребристым панелям; б-утепленное покрыта”

с использованием комплексных панелей; в-длинномерный настил типа КЖС; Я

г-утепленное прогонное покрытие по стальному профилированному листу; д - монопанем]

е - трехслойная панель с утеплителем из пенополиуретана; / - стальной профилированный ~

настил; 2-стальной прогон;3-стропильная ферма покрытия;4-стальной

профилированный лист 5- утеплитель

К традиционным конструкциям панелей относятся железобетонные

ребристые длиной б и 12 м. Все требуемые для устройства совмещенного

покрытия слои укладываются поверх панелей на строительной площадке

(рис. 2.43,а). Для отапливаемых зданий разработаны конструкции панелей

длиной 3 м из теплоизоляционных бетонов и комплексные, в состав кото¬

рых в заводских условиях включают все слои за исключением последнего

гидроизоляционного слоя (рис. 2.43,6).	[
Наряду с панелями в качестве несущих элементов покрытий исполь¬

зуют длинномерные железобетонные настилы типа «2Т», размером 3x12 (18)

м. коробчатые, размером 2x18 м, сводчатые типа КЖС, размером 1,5

(3)х 18(24) м. Настилы опирают на балки (ригели), уложенные по колоннам

вдоль пролета (рис. 2.43,в).
194

В отапливаемых производственных зданиях широкое применение

лашли легкие покрытия на основе профилированного металлического лис-

'а. Покрытия могут выполняться методом полистовой сборки из готовых

1анелей различной конструкции. При полистовой сборке листы длиной

i-4 м и шириной 0,6-0,9 м укладывают по прогонам, устанавливаемым в

гзлах ферм покрытия (рис. 2.43,г). Поверх настила наклеивают на мастике

троизоляцию, укладывают утеплитель из жестких минераловатных или

1енополистирольных плит, наклеивают гидроизоляционный ковер из

| 1ескольких слоев рубероида на битумной мастике, а на него - гравийный

Ц защитный слой.
Из профилированного листа налажено производство различных ви-

ков кровельных панелей.
Монопанели представляют собой конструкцию длиной 12 м и шири-

юй 1,5 или 3 м из профилированного стального листа с приклеенным к

1ему слоем пенополиуретана, по которому после монтажа и заделки стыков

|аклеивается гидроизоляция (рис. 2.43,д).
Разработана трехслойная конструкция панели длиной 12 м, которая

остоит из наружной и внутренней листовых обшивок и утеплителя из

1Спененного пенополиуретана (рис. 2.43,е).
?. 6. Лестницы и лестничные клетки
Лестницы - вертикальные коммуникации. Они используются в зда-

|иях высотой в два и более этажей и предназначаются для связи между эта¬

пами, эвакуации людей и организации доступа пожарных к очагу пожара.

1о функциям, выполняемым во время пожара, различают лестницы, пред-

изначенные для эвакуации людей, и пожарные лестницы [24].
Лестницы, предназначенные для эвакуации людей, в зависимости от

их местоположения и наличия лестничной клетки могут быть трех типов.
Первый тип лестниц - внутренние, размещаемые в лестничных клет-

ах, наиболее распространен и используется в зданиях различного назначе¬

ния.
Второй тип лестниц - внутренние открытые (без ограждающих стен)

рименяется в основном в таких общественных зданиях, как театры, кино-

еатры, музеи, библиотеки, крупные торговые центры и т.д. Использование

нутри здания открытых лестниц требует разработки решений, исключаю¬

щих задымление помещения через проемы в перекрытиях.
Третий тип лестниц - наружные открытые, применяется в отдельных

i лучаях, установленных СНиП. Так, наружными открытыми лестницами

гагут быть соединены этажи или отдельные объемы (корпусы) зданий, воз-

одимых в жарком климате. Эти лестницы используют также в качестве

торого эвакуационного выхода в жилых секционных зданиях с одной лест-
■	ичной клеткой на этаже.
Конструкции лестниц, предназначенных для эвакуации людей, дол-

сны обеспечивать удобство и безопасность движения, быть огнестойкими
• 2473
195

Рис. 2.44. Конструкции железобетонных лестниц:

а - 4-х элементная; б - 2-х элементная; 1 - лестничный марш; 2 - лестничная площад ка;
3-лестничный марш с полуплощадками; 4-ригель; 5-колонна
и индустриальными. Наиболее огнестойкими, а потому и наиболее распро¬

страненными являются железобетонные лестницы, которые могут

выполняться крупно- и мелкоэлементными.	J
Крупноэлементные (полносборные) лестницы монтируются из че¬

тырех элементов (рис. 2.44,а): двух лестничных маршей и двух лестничных

площадок на этаже, или из двух элементов (рис. 2.44,6): двух лестничных

маршей с полуплощадками на этаже.
Мелкоэлементные лестницы набираются из отдельных ступеней,

укладываемых поверх наклонных железобетонных или металлических ба¬

лок - косоуров. Косоуры опирают на заделываемые в стены подкосоурные

балки. Лестничные площадки также набирают из отдельных плит.
196

По стоимостным показателям и затратам труда крупноэлементные

'борные железобетонные лестницы эффективнее мелкоэлементных и пото-

iy более распространены в строительстве. Монолитные железобетонные

.естницы применяют главным образом в театрах, дворцах культуры, клубах

[ других общественных зданиях в тех случаях, когда лестнице придается

(етиповое решение. Устройство таких лестниц требует сложной опалубки

it проведения всех работ по их возведению на строительной площадке.
Важным конструктивным решением, обеспечивающим безопас¬

ность эвакуации людей, является заключение лестниц в лестничную клетку,

ип лестничной клетки зависит от этажности здания. Для эвакуации приме-

'яются обычные и незадымляемые лестничные клетки (рис. 2.45).
Обычные лестничные клетки устраиваются в зданиях высотой не

олее 28 м и бывают двух типов.
Тип Л1 (рис. 2.45,а) - с остекленными или открытыми проемами в на-

ужных стенах на каждом этаже. Лестничные клетки через дверные про-

мы соединяются с поэтажными коридорами, холлами, галереями, в которые

редусмотрены выходы из помещений на этажах.
I а-обычная лестничная клетка тапа Л1;б-обычная лестничная клетка типа Л2;

9-незадымляемая лестничная клепса типа Н1; г-незадымляемая лестничная клетка типа

Н2; д - незадымляемая лестничная клетка типа НЗ
191

Тип Л2 (рис. 2.45,6) - с естественным освещением через остекленные

или открытые проемы в покрытии.
С увеличением этажности увеличивается время эвакуации и опас¬

ность задымления лестничных клеток до того, как люди покинут горящее

здание. Поэтому в зданиях повышенной этажности - высотой более 28 м

лестничные клетки выполняют незадымляемыми. Различают незадымляе-

мые лестничные клетки трех типов.
Тип Н1 (рис. 2.45,в) - с входом в лестничную клетку с этажа через

наружную воздушную зону по балконам, лоджиям, открытым переходам,

галереям. К недостаткам планировочно-конструктивного решения можно

отнести необходимость следовать через воздушную зону в холодное время

года и потребность в дополнительном отоплении лестничной клетки. Кро¬

ме того, подобный способ обеспечения незадымляемости требует примыка¬

ния лестничной клетки к наружной стене здания, что не всегда соответству¬

ет замыслам проектировщиков.
Тип Н2 (рис. 2.45,г) - с подпором воздуха в лестничную клетку при

пожаре. Во избежание отмеченных недостатков и организации входа в ле¬

стничную клетку из поэтажных коридоров или холлов разработано техни¬

ческое решение, обеспечивающее незадымляемостьлестничной клетки. Ре¬

шение заключается в нагнетании в объем лестничной клетки воздуха. Из¬

быточное давление, создаваемое вентиляционными агрегатами, препятству¬

ет поступлению в лестничную клетку дыма. Для повышения эффективнос¬

ти противодымной защиты лестничные клетки типа Н2 разделяются по вы¬

соте на отсеки сплошными противопожарными перегородками.
Тип НЗ (рис. 2.45,д) - со входом в лестничную клетку с этажа через

тамбур-шлюз с подпором воздуха (постоянным или при пожаре).
Важную роль в организации тушения пожара играют пожарные ле¬

стницы, которые используют для подъема бойцов на кровлю горящего зда¬

ния и выступающие части крыши. Тип пожарной лестницы определяется

высотой подъема на кровлю и разницей отметок в местах перепада высот

кровель. Различают два типа пожарных лестниц (рис. 2.46).
Тип П1 (рис. 2.46,а) - вертикальные. Применяются, когда высота

подъема на кровлю составляет от 10 до 20 м и в местах, где перепад высот

кровель не превышает 20 м.
Тип П2 (рис. 2.46,6) - маршевые с уклоном не более 6:1.

Применяются, когда высота подъема на кровлю превышает 20 м и в местах

перепада высот кровель более 20 м.
Пожарные лестницы размещаются на глухих участках стен, начина¬

ются с высоты 2,5 м от поверхности земли и выполняются из стальных про¬

катных профилей. Конструкции пожарных лестниц первого типа состоят

из вертикальных тетив, ступеней и площадки перед выходом на кровлю. |
Тетивы выполняют из уголков, швеллеров, труб и крепят к стене

здания с помощью уголков. Ступени и площадки выполняют из арматурных

прутьев диаметром 19-20 мм, приваренных к тетивам. Начиная с высоты

10 м, лестницы должны иметь через каждые 0,7 м дуги с радиусом закрут-’
198

I:-‘	«>20м
dm1
Рис 2.46. Пожарные лестницы:

а-пожарная лестница типа П1; б-пожарная лестнща типа П2: в-конструктивное

исполнение пожарной лестницы типа П1
i ния 0,35 м, с центром, отнесенным от лестницы на 0,45 м. Площадка перед

«ходом на кровлю должна иметь ограждение высотой не менее 0,6 м.
Конструкции пожарных лестниц типа П2 состоят из маршей, опи-

>1ющихся на площадки, которые располагают не реже, чем через 8,0 м. Те-
*	вы и ступени лестничных маршей, лестничные площадки имеют то же

инструктивное решение, что и в лестницах типа П1.
199

Раздел 3. ИСХОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ

ОБ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ,

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДАХ

ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ
3.1.	Роль строительных конструкций в обеспечении

противопожарной защиты зданий
Строительные конструкции, рассчитанные по всем правилам стро¬

ительной механики, как правило, эксплуатируются много десятков лет. Од- »

нако в условиях пожара они могут разрушиться в течение нескольких ча'

сов или даже минут. При этом материальный ущерб от пожара в значитель-j

ной степени является следствием разрушения строительных конструкций и I

зданий в целом. Прямой ущерб от разрушения конструкций одноэтажного)

производственного здания площадью 1 га может достигнуть в ценах 20001

года 30 млн руб. К сожалению, разрушительный эффект на пожарах этим!

не завершается. Обрушение конструкций, как правило, приводит к разру-Г

шению инженерного и технологического оборудования зданий и сооруже-1

ний, что значительно увеличивает материальный ущерб.
Устойчивость строительных конструкций к воздействию пожараТ

влияет и на процесс тушения пожара. Обрушение конструкций представля-Г

ет большую опасность для персонала объекта и для пожарных. При полном

обрушении строительных конструкций процесс уничтожения материаль-J

ных ценностей завершается, тушение пожара при этом не дает какого-либо

эффекта и становится бесполезным.	|
При оценке роли строительных конструкций в обеспечении проти¬

вопожарной защиты следует учитывать, что строительные конструкции в

условиях пожара могут не только обрушиваться, но также в ряде случаев"

воспламеняться, распространять пламя по своей поверхности, гореть,]"

выделять токсичные продукты горения.
В этом случае горючая начинка в здании (сооружении) как бы сум!

мируется с горючей начинкой, содержащейся в конструкциях. Это суще-|

ственно увеличивает продолжительность пожара и значения его опасных |

факторов (температуру среды, концентрации токсичных продуктов горе!

ния и др.), способствует распространению пожара и увеличивает ущерб от!

него.
Таким образом, строительные конструкции играют значительную}

роль в обеспечении противопожарной защиты зданий. В связи с этим к ним]

предъявляются требования в части огнестойкости и пожарной опасности.
200

3.2.	Пожарно-техническая классификация

строительных конструкций
Как было уже сказано во введении, в настоящее время происходит

обновление отечественного нормирования новой терминологией. При этом

параллельно действует как старая пожарно-техническая классификация

(согласно СНиП 2.01.02-85" «Противопожарные нормы» [33]), так и новая

(согласно СНиП 21-01-97" «Пожарная безопасность зданий и сооружений»

12]).
*	По старой классификации строительные конструкции характеризо-

’ЧМвались огнестойкостью. Под огнестойкостью строительных элементов и

•конструкций понимается их способность в условиях пожара сохранять не¬

сущие и ограждающие функции, а также сопротивляться распространению

•и*(эгня. Показателями огнестойкости строительных конструкций являются

1 “'лределы огнестойкости конструкций и пределы распространения огня по

чим.
По новой классификации строительные конструкции характеризу¬

ется огнестойкостью и пожарной опасностью. Показателем огнестойкос¬

ти являются пределы огнестойкости строительных конструкций, а пожар¬

ную опасность конструкций оценивает класс их пожарной опасности.
3.2.1.	Пределы огнестойкости строительных

конструкций
Предел огнестойкости строительной конструкции - это время в ми-

1утах от начала огневого испытания (начала пожара) до наступления одно-

■о из предельных состояний по огнестойкости. Различают три предельных

юстояния по огнестойкости (три признака наступления предела огнестой-

::ости)[7]:
1.	Потеря несущей способности (R), характеризующаяся обрушени¬

ем конструкции или возникновением предельных деформаций, недопусти¬

мых для дальнейшей эксплуатации конструкции. Для горизонтальных (изги-

>аемых) конструкций допустимая деформация не должна превышать 1/20

1ГМ|Дины конструкции, а скорость нарастания деформаций V(см/мин) дости-

■ает значения
*':‘де L - длина пролета конструкции, см;
1 - расчетная высота сечения конструкции, см.
Для вертикальных конструкций допустимая деформация не должна

февышать 1/100 длины конструкции, а скорость нарастания деформаций

ме должна превышать 10 мм/мин;
2.	Потеря теплоизолирующей (ограждающей) способности (I), ха-

оактеризующаяся повышением температуры на необогреваемой поверхно-
201

ff
■	Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций оп¬
ределяются в зависимости от требуемой степени огнестойкости здания по

СНиП 2.01.02-85' «Противопожарные нормы» [3] (по старой пожарно-тех-

'нической классификации) или по СНиП 21-01-97' «Пожарная безопасность

зданий и сооружений» [2] (по новой пожарно-технической классификации).
Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций

определяются двумя способами: огневыми испытаниями(Ё1Е) и

расчетно(Ш).
1151	Удобным на практике является использование для оценки огнестой¬
кости накопленного банка данных по результатам ранее проведенных ис¬

пытаний. По таблицам соответствующих пособий можно быстро и просто

(Определить фактические пределы огнестойкости строительных конструк-

дий. Расчетный подход в определении фактических пределов огнестойкос¬

ти конструкций в практике проектирования получил широкое применение,

гак как он позволяет быстро и с меньшими материальными затратами, по

уравнению с огневыми испытаниями, определить пределы огнестойкости

эяда конструкций.
Наиболее надежными являются огневые испытания, которые в на¬

пей стране интенсивно проводились с 1948 года в целях накопления инфор¬

мации о фактических пределах огнестойкости конструкций и разработки

методик расчета огнестойкости. В настоящее время огневые испытания на

>гнестойкость проводятся, как правило, для конструкций, которые не ис-

штывались ранее и для которых нет официально утвержденной методики

)асчета.
Главная идея испытаний - наиболее точное воспроизведение

[сведения конструкции при огневом воздействии на нее. Для этого конст-

>укцию, выполненную в натуральную величину устанавливают, опирают и

[агружают в соответствии с положением и нагружением ее в здании. Кон-

‘трукция подвергается огневому воздействию также в соответствии с ре¬

альным расположением ее в здании.
В ходе огневых испытаний по определению пределов огнестойкости

.онструкции фиксируется время с момента начала эксперимента до момен-

а наступления одного из предельных состояний по огнестойкости. Это по-

•ученное экспериментально время и является фактическим пределом огне-

‘ гой кости.
Испытания проводят в огневых печах, выполненных из огнеупорно-
0	кирпича, обычно шамотного, в которых поддерживается температурный

^ежим «стандартного» пожара, который описывается зависимостью (рис. 3.1)
1	r = 345lg(8r + l) + r,,,	(3.3)
|де т- время от начала испытания, мин;
-	температура в огневой печи, “С;
,- температура до теплового воздействия (начальная температура), °С.
Температура в печи измеряется термопарами не менее, чем в пяти

{очках на расстоянии 100 мм от поверхности испытываемого образца. При
203

Рис 3.1. Стандартная кривая

«температура - время»
этом на каждые 1,5 м2 ограждающей поверхности образца и на каждые
0,5 м длины балки или колонны устанавливается одна термопара. Диаметр

термопарной проволоки принимается равным 0,75-3,2 мм. За температуру в

печи принимается среднеарифметическое значение показаний всех термо^

пар в данный момент времени.
Отклонение среднего значения температуры от стандартной не дол]

жно превышать ±15% в течение первых 10 мин испытания; ±10% при

10 < т < 30 мин; ±5% после 30 мин испытания.	|
Температура на необогреваемой поверхности ограждающих конст¬

рукций измеряется не менее чем в пяти точках, одна из которых распола]
204

гается в центре, а остальные - в середине прямых, соединяющих центр и

углы проема печи. Если при испытании ожидается появление максимальной

температуры в других точках необогреваемой поверхности, то в них также
•	устанавливают термопары.
Как отмечалось ранее, образцы для испытания должны быть проек¬

тных размеров, при невозможности испытания образцов проектных разме¬

ров их уменьшение допускается до величин, указанных в табл. 3.1
Таблица 3.1
Минимальные размеры испытываемых строительных конструкций
Наименование конструкции
Размеры, м
ширина
длина
высота
Стены и перегородки
3,0
3,0
Покрытия и перекрытия, опираю¬

щиеся по двум сторонам
2.0
4,0
Покрытия и перекрытия, опираю¬

щиеся по четырем сторонам
2.8
4,0
Колонны, столбы и другие верти¬

кальные стержневые конструкции
2,5
Балки и другие горизонтальные

стержневые элементы
4,0
Образцы несущих конструкций испытываются на действие норма-

ивной нагрузки. Распределение нагрузки и опирание образцов при их ис¬

пытаниях должны соответствовать расчетным схемам, принятым при про¬

ектировании. При невозможности соблюдения этого условия в сечениях

■бразцов должны быть созданы напряжения, соответствующие проектным

насчетным схемам. Нагрузка устанавливается не менее, чем за 30 мин до на-

ала испытания и поддерживается в течение всего времени испытания по-

(тоянной.
Схемы обогрева конструкций должны соответствовать реальным

словиям. Образцы перекрытий и покрытий испытываются на воздействие

епла снизу, несущие балки и фермы - с трех сторон, колонны и столбы -
о	всех сторон. Образцы наружных стен испытываются на воздействие теп-

а только с внутренней стороны. Образцы однослойных и многослойных

имметричных по сечению внутренних стен и перегородок подвергаются

емпературному воздействию с одной стороны, а многослойных несиммет-

ичных - с каждой стороны отдельно, кроме случая, когда неблагоприятная

торона может быть заранее установлена.
Испытания на огнестойкость проводят при температуре окружаю¬

щей среды от + 1 до + 40“С и при скорости движения воздуха не более

,5 м/с, если условия применения конструкции не требуют других условий
•	спытания. Температура до теплового воздействия в печи и в помещении
205

Как видно из рис. 3.2,а. стены и перегородки располагаются верти

кально и обогреваются с одной стороны. При испытаниях кроме визуаль¬

ных наблюдений и контроля плотности (регулярного поднесения ватного

ч( тампона к отверстиям, щелям) осуществляется измерение температуры на

необогреваемой поверхности.
Колонна (см. рис. 3.2,6) также располагается вертикально, но обо¬

гревается со всех сторон, к ней прилагается нормативная нагрузка. В ходе
•	Щ испытаний кроме визуального наблюдения контролируются время обруше-

^ -шя и прогиб.
■’	Плита перекрытия или покрытия (см. рис. 3.2,в) располагается гори-
■>«И юнтально, обогревается снизу и нагружается с помощью грузов до уровня

тормативной нагрузки. В ходе испытаний осуществляются визуальные на¬

блюдения и контролируется температура на необогреваемой поверхности,

1лотность материала плиты, прогиб плиты и время ее обрушения.
Предел огнестойкости конструкции определяется как среднее ариф¬

метическое результатов испытаний двух образцов. При этом максимальное

1 минимальное значения пределов огнестойкости двух испытанных образ¬

ов не должны отличаться более, чем на 20% от показателя с большим зна-

юнием. Если результаты отличаются друг от друга больше, чем на 20%, то

1ужно проводить дополнительное испытание, а предел огнестойкости опре-

^ляется как среднее арифметическое двух меньших значений. В обозначе-

ши предела огнестойкости среднее арифметическое результатов испыта-

шя приводится к ближайшей меньшей величине из ряда цифровых показа-

■елей пределов огнестойкости, рекомендуемых ГОСТ 30247.0-94 «Конструк-

(ии строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требова-

гия» [7]: 15, 30, 45, 60, 90, 180, 240, 360 минут.
1.2.2.	Пределы распространения огня по строительным

инструкциям
Способность строительной конструкции гореть и распространять

гонь характеризуется пределом распространения огня. За предел распро-

транения огня принимается размер повреждения (в см) образца конструк¬

ции вследствие его горения, обугливания или оплавления за пределами зоны

нагрева (в контрольной зоне) при 15 минутном испытании в огневой печи.
Конструкция отвечает требованиям пожарной безопасности по пре-

елам распространения огня, если
(3.4)
ф ДОП1	' '
)й,е 1ф и *доп - соответственно максимальные фактические и минимальные

Допускаемые пределы распространения огня, см.
( l Допускаемые пределы распространения огня по строительным кон¬

струкциям назначаются нормами строительного проектирования. Факти-

еские пределы распространения огня определяются при огневых испыта-
207
I

ниях конструкций или по справочной литературе, где приводятся результа¬

ты таких испытаний.
Без проведения огневых испытаний можно заранее сказать, что

фактический предел распространения огня по конструкциям, выполненным

полностью из негорючих материалов, равен нулю. Конструкции, выполнен¬

ные из трудногорючих материалов (по старой пожарно-технической клас¬

сификации!, имеют предел распространения огня по горизонтали до 25 см,

а по вертикали до 40 см. Конструкции же, выполненные из горючих мате¬

риалов, имеют предел распространения огня по горизонтали больше 25 см,

а по вертикали больше 40 см. Это позволяет переходить от оценки горюче¬

сти конструкций к пределу распространения огня по ним и наоборот.
Суть огневых испытаний строительных конструкций для определе-j

ния пределов распространения огня заключаются в определении поврежде-1

ния размера конструкции вследствие ее горения за пределами зоны нагре-|

ва в контрольной зоне при локальном воздействии огня на часть конструк¬

ции в огневых печах. Температурный режим в печах стандартный. Образ¬

цы строительных конструкций для испытаний должны быть выполнены в',

соответствии с рабочими чертежами и техническими условиями на их изго¬

товление. Размеры испытываемых образцов ограждающих конструкций - не

менее 2x2 м, а стержневых элементов - с учетом того, что они должны выс¬

тупать за габариты печи не менее, чем на 1 м. Образцы, имеющие ребра и

выступы, следует располагать так, чтобы они не препятствовали распрост¬

ранению огня в контрольной зоне. Стыки плит и панелей ограждающих

конструкций должны находиться в зоне нагрева с продолжением их в кон¬

трольную зону.
Образцы ограждающих конструкций подвергаются односторонне¬

му воздействию огня:
наружные стены - со стороны помещения;
внутренние стены и перегородки с несимметричным сечением от¬

дельно с каждой стороны (допускается одностороннее огневое воздействие

со стороны с большим распространением огня);
плиты покрытий, перекрытий и подвесных потолков, лестничные

площадки и марши- снизу; при этом образцы ступеней для испытаний соби¬

раются в марши.
Стержневые элементы конструкций подвергаются воздействию

огня с трех или четырех сторон в зависимости от условий их эксплуатации.
Установка образцов на огневых печах и размещение термопар в |

контрольной зоне и зоне нагрева показаны на рис. 3.3. Зазор между нагре- |

ваемой поверхностью образца и стенкой печи составляет 5±0,5 см. f I-

Испытания проводят при начальной температуре 20±10°С и при ■

скорости движения воздуха не более 0,5 м/с, если условия эксплуатации не V-

требуют других условий испытаний. Температура воздуха в помещении,

печи и испытываемого образца должна быть стабилизирована за 2 ч до на¬

чала испытаний. Влажность материалов образца должна быть динамически

2473

уравновешена с влажностью окружающей среды при относительной влаж¬

ности 60±15% и температуре 20±10°С.	J

Испытания проводятся при длительности огневого воздействия 1

15 мин ±5 с. С помощью термопар контролируют температуру не только г ,

огневой печи, но и в зоне обогрева конструкции и в контрольной зоне. 1

По истечении указанного времени пламя в печи гасится, и не более

чем через 3 минуты образец должен быть снят с печи или в зазор между об- Я

разцом и огневой камерой должен быть введен теплоизолирующий экран )[

Обследование состояния образца и измерение его повреждений в контроль ■■

ной зоне проводится после его остывания. №

За предел распространения огня принимается размер поврежденной

зоны образца в плоскости конструкции от границы зоны нагрева перпенди ■ II*

кулярно к ней до наиболее удаленной точки повреждения (для вертикаль- *|*

ных конструкций - вверх, для горизонтальных - в каждую сторону). По

вреждением считается обугливание, выгорание или оплавление материалов

обнаруживаемые визуально. Результаты измерений округляют до 1 см Bg

большую сторону. j

Предел распространения огня определяется как среднее арифмети j

ческое результатов испытаний двух образцов. Разброс результатов испыта

ний по двум образцам не должен превышать 15%. При испытании одного

образца результат должен быть умножен на коэффициент 1,2. ^

В заключение следует отметить, что изложенный метод испытания *-

строительных конструкций на распространение огня не позволяет в полной

мере оценить объективную обстановку на пожаре, так как не учитывает

ряда важных пожарно-технических характеристик материалов строитель-Г

ных конструкций (дымообразование, токсичность и др.), а также не пока- '

зывает, какую лепту вносят конструкции в температурный режим пожара ,

с точки зрения теплового эффекта. '
j
3.2.3.	Класс пожарной опасности конструкций	j,
Пожарная опасность строительных конструкций определяется сте¬

пенью их участия в развитии пожара, в образовании опасных факторов]

пожара и зависит от пожарной опасности материалов, из которых выпол-1

нена конструкция. Пожарная опасность строительных конструкций харак-1

теризуется классами их пожарной опасности. Согласно ГОСТ 30403-961

«Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности»!

[37] различают 4 класса пожарной опасности строительных конструкций j

КО, К1, К2, КЗ. При установлении класса пожарной опасности строитель-]

ных конструкций учитывают следующие показатели:
наличие теплового эффекта от горения или термического разложе’1

ния составляющих конструкцию материалов:
наличие пламенного горения газов или расплавов, выделяющихся иэ|

конструкции в результате термического разложения составляющих ее ма|

териалов;
210

размеры повреждения конструкции и составляющих ее материалов,

яозникшего при испытании конструкции вследствие их горения или терми¬

ну ческого разложения;
■■**1	характеристики пожарной опасности материалов, составляющих
сонструкцию.
Характеристика классов пожарной опасности строительных конст¬

рукций приведена в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Классы пожарной опасности строительных конструкций
Допускаемый размер
Допускаемые характеристики
Класс
повреждения конструк¬
Наличие
пожарной опасности повреж¬
пожарной
ции. см
денного мате!
риала
опасности
конструк¬
ций
вертикаль¬
ных
горизон¬
тальных
теплового
эффекта
горения
горюче¬
сти
воспла¬
меняе¬
мое™
дымообра¬
зующей
способно¬
сти
КО
0
0
н д.
н.д.
-
К1
до 40 >40
до 25>25
н.д.
н.р.
н.д.
н.д.
н.р.
Г2
нр
В2
н.р.
Д2
более 40,
более 25,
н.д.
н.д.
н.р
н.р.
н.р.
К2
но до 80
но до 50
то же
то же
нр.
н.д
ГЗ
ВЗ
Д2
КЗ
не регламентируется
Примечание. В табл. 3.2 приведены следующие условные обозначе-

[ия: н.д. - не допускается, н.р. - не регламентируется.
Строительные конструкции отвечают требованиям пожарной безо-

1асности, если фактический класс пожарной опасности конструкций Кф

авен или больше (размещается выше в таблице классов пожарной опасно-

ти) допускаемого класса пожарной опасности конструкций К :
(3.5)
Допускаемый класс пожарной опасности строительных конструк¬

ций регла*ментируется нормативными документами.
Фактический класс пожарной опасности строительных конструк¬

ций определяется экспериментально на огневых установках для оценки по¬

парной опасности конструкций либо после обобщения опытных данных по

правочной технической литературе (например, по «Справочнику по огне-

' тойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной

гласности строительных материалов и огнестойкости инженерного обору¬

дования зданий», М., ВНИИПО МВД РФ, 1999) [40].
Сущность метода огневого испытания конструкций для определения

ласса их пожарной опасности заключается в тепловом воздействии на кон-

i трукцию в течение времени, определяемом требованиями к этой конструк¬

ции по огнестойкости, но не более 45 минут.
4‘ 2473
211

Огневые установки для оценки пожарной опасности вертикальных

и горизонтальных конструкций приведены на рис. 3.4. Каждая из этих ус-
4
Рис. 3.4. Схемы экспериментальных установок до оценки пожарной опасности консгру

а - вертикальных; б- горизонтальных; /-огневая камера; 2-тепловая камера; 3-стенка печи; <1^

2|2	4-перекрытие печи; 5-испытуемый образец	'f

|Ч(|ановок двухкамерная: имеются огневая и тепловая камеры каждая

“Ьг >азмером 100x100x100 см. Сгорание топлива происходит в огневой камере,

1 тепловое воздействие на испытываемую конструкцию осуществляется в

)беих камерах. Температурный режим контролируется термопарами.
При этом в огневой камере создается и контролируется стандарт -

1ЫЙ температурный режим, при котором испытывают конструкции на ог-

тстойкость. В тепловой же камере должен быть создан температурный ре-

ким, характеризуемый следующей зависимостью:
де т - время от начала испытания, мин;
-	температура в тепловой камере, °С;
к - температура до теплового воздействия (начальная температура), °С.
Отклонение средней температуры в тепловой камере от выше при¬

еденной зависимости не должно превышать 15% в течение 10 минут от на-

[ала испытания и 10% после 10 минут от начала испытания.
Поддержание установленных температур в огневой и тепловой ка-

iepax достигается регулировкой расхода топлива и изменением размеров

дя выхода газов из тепловой камеры и проема между обогреваемой повер-

:ностью образца и торцом перекрытия (перегородки), разделяющего огне-

;ую и тепловую камеры печи.
В процессе испытания регистрируют параметры, по которым опре-

.еляется класс пожарной опасности конструкции:
температура в огневой и тепловой камерах для определения наличия

еплового эффекта;
способность к воспламенению газов, выделяющихся при термичес-

:ом разложении материалов образца;
образование горящего расплава.
Наличие теплового эффекта от горения материалов образца выра-

кается превышением температуры в огневой и тепловой камерах по срав-

[ению с верхними допустимыми границами температурных режимов, уста-

ювленных формулами 3.3 и 3.6 с учетом максимальных отклонений. Нали-

ие теплового эффекта или горения учитывается, если их проявление было

афиксировано при испытании хотя бы одного образца.
Способность к воспламенению газов, выделяющихся при тер.чичес-

ом разложении материалов образца проверяют посредством поднесения

орящего факела к местам выхода этих газов на необогреваемые поверхно-

ти образца не реже, чем через каждые 5 минут испытания и через каждую

шнуту - при появлении вспышек газа.
Образование горящего расплава контролируют визуально по нали-
*	ию горящих капель, вытекающих из торцов образца или стекающих по
■	оверхности образца в пределах контрольной зоны.
После остывания образца производят его осмотр с целью определе-

ия и регистрации повреждений в контрольной зоне.
(3.6)
213

Размер повреждения образца измеряется в сантиметрах в плоскости

конструкции от границы контрольной зоны, перпендикулярно к ней от наи¬

более удаленной точки повреждения образца в контрольной зоне. Повреж¬

дением считается обугливание, оплавление и выгорание материалов конст¬

рукции на глубину более 0,2 см. При этом не учитывается повреждение дли¬

ной менее 5 см для вертикальных конструкций, длиной менее 3 см для гори¬

зонтальных конструкций, слоев пароизоляции толщиной до 0,2 см и в неко¬

торых других случаях.
Как правило, испытаниям подвергают два одинаковых образца. На¬

гружение образцов во время испытания не предусматривается. Размер по¬

вреждения конструкции определяют как среднеарифметическое значение

по результатам испытания двух одинаковых образцов.
Допускается определять размер повреждения по результатам испы¬

тания одного образца, если этот размер отличается от допускаемого, при¬

веденного в табл. 3.2, более чем на 15%. В случае различия результатов

испытаний двух одинаковых образцов более чем на 15% проводят третье

испытание, при этом размер повреждения определяют как среднеарифме¬

тическое значение по результатам испытаний двух образцов, имеющих наи¬

большие размеры повреждения.
Класс пожарной опасности строительной конструкции определяет¬

ся таблицей 3.2 по наименее благоприятному показателю.
Условное обозначение класса пожарной опасности конструкции

включает букву К и цифры, которые обозначают продолжительность теп¬

лового воздействия в минутах при испытании образца. Одна и та же конст¬

рукция может принадлежать к различным классам пожарной опасности в

зависимости от времени теплового воздействия. Например:
КО (15) - конструкция класса КО при времени теплового воздействия
15 мин;
К1 (30) - конструкция класса К1привремени теплового воздействия
30 мин;
К2 (45) - конструкция класса К2 при времени теплового воздействия
45 мин;
К1 (30)/К3(45) - конструкция класса К1 при времени теплового воз¬

действия 30 мин и класса КЗ при времени теплового воздействия 45 мин.
Без испытаний можно установить классы пожарной опасности кон¬

струкций, выполненных только из негорючих материалов группы НГ-КО и

конструкций, выполненных только из горючих материалов группы Г4-КЗ.
В полном объеме использовать в инженерной практике классы по¬

жарной опасности строительных конструкций в настоящее время нельзя

из-за отсутствия экспериментальных данных по фактическим классам по¬

жарной опасности всех конструкций и отсутствия нормативных требова¬

ний к допускаемым классам пожарной опасности конструкций зданий раз¬

личного назначения.
214

„.1 3.3. Пожарно-техническая классификация зданий

>1 и сооружений
1	По старой пожарно-технической терминологии (согласно СНиП
'-12.01.02-85') [33] нормативной характеристикой здания или сооружения явля¬

лась степень огнестойкости. Согласно новой пожарно-технической класси-

фикации (СНиП 21-01-97’) [2] здания регламентируются по степеням огне¬

стойкости, классам конструктивной пожарной опасности и классам функ-
■	| циональной пожарной опасности.
3.3.1.	Степени огнестойкости зданий и сооружений
Здание состоит из разнообразных конструктивных элементов, обла-

тЧ дающих различной огнестойкостью. Способность здания (сооружения) в

целом сопротивляться разрушению в условиях пожара характеризуется

степенью огнестойкости. Степень огнестойкости - это нормативная харак¬

теристика здания или сооружения. Она обозначается римскими цифрами: 1,
II,	III и т.д.
По старой пожарно-технической классификации (согласно СНиП
2.01.02-85") [33] все здания и сооружения по огнестойкости подразделялись

на восемь степеней: I, И, III, Ilia, 1116, IV, IVa и V. Каждой степени огнестой¬

кости соответствовал набор конструкций с вполне определенными числен¬

ными значениями пределов огнестойкости и пределов распространения

огня. Классификация зданий по степени огнестойкости регламентировалась

в зависимости от этих параметров таблицей 1 СНиП 2.01.02-85' [33]

(см. табл. 3.3).
К строительным конструкциям зданий 1 степени огнестойкости

предъявлялись самые жесткие требования по пределам огнестойкости и

пределам распространения огня. Самые минимальные требования предъяв¬

лялись к зданиям V степени огнестойкости, конструкции которых могли

выполняться (за исключением противопожарных преград) из горючих ма¬

териалов без нормируемых показателей огнестойкости.
По новой пожарно-технической классификации (согласно

табл. 4 СНиП 21-01-97') [2] все здания и сооружения подразделяются на пять

степеней огнестойкости: I, II, III, IV, V (см. табл. 3.4). Степень огнестойко¬

сти здания регламентируется пределами огнестойкости основных конст¬

руктивных элементов здания с учетом их функциональной роли.
Различают фактическую и требуемую степени огнестойкости зда¬

ния (сооружения). Фактическая степень огнестойкости здания Оф- это дей¬

ствительная степень огнестойкости запроектированного или построенно¬

го здания, определяемая по результатам пожарно-технической экспертизы

строительных конструкций зданий и нормативным положениям. Огнестой¬

кость строительных конструкций для определения фактической степени

.здания приведена в табл. 3.3 или 3.4.
215

Таблица 3.3
Фактические степени огнестойкости зданий по СНиП 2.01.02-85'
Степень

огнестой¬

кости зда¬

ний
Минимальные пределы огнестойкости строительных конструкций, ч (над чертой), и максимальные пределы распространения огня
по ним, см (под чертой)
С
ТЕНЫ
Колонны
Лестничные пло¬

щадки, косоуры,

ступени, балки и

марши лестничных

клеток
Плиты, настилы

(в том числе с

утеплителем) и

другие несущие

конструкции

перекрытий
Элементы покрытий
несущие

и лест¬

ничных

клеток
само¬
несу¬
щие
наружные

несущие (в

том числе из

навесных

панелей)
внутренние
несущие
(перего¬
родки)
Плиты, на¬

стилы (в том

числе с утеп¬

лителем) и

прогоны
Балки, фермы,

арки, рамы
1
2*5
1,25
0*5
ОЛ
2*5
1
1
0*5
0*5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
II
2
I
0.25
0,25
2
1
0.75
0*25
0.25
0
0
0
0
0
0
0
0
0
III
2
I
0.25 0.S
0.25
2
1
0.75
н.н.
н.н.
0
0
0 40
40
0
0
25
н.н.
н к.
111а
1
0*5
0*25
0.25
0,25
1
0.25
0.25
0.25
0
0
40
40
0
0
0
25
0
Шб
1
ол
0,25 0.5
0.25
0,75
0.75
0.25 0.5
0.75
40
40
0 40
40
40
0
25
0 25(40)
25(40)
IV
0*5
0.25
0,25
0.25
QA
0.25
0.25
н.н.
н.н.
40
40
40
40
40
25
25
н.н.
н.н.
IV
0*5
0.25
0.25
0,25
0,25
0,25
0.25
0,25
0*25
40
40
н.н.
40
0
0
0
н.н.
0
V
не не
) р м и р у ю т с
я
Примечания. В скобках приведены пределы распространения огня для вертикальных и наклонных уча¬

стков конструкций. Сокращение «н.н.» означает, что показатель не нормируется.

Под требуемой степенью огнестойкости здания Отр подразумевает-

j минимальная степень огнестойкости, которой должно обладать здание

\я удовлетворения требований пожарной безопасности. Требуемая сте¬

рнь огнестойкости зданий определяется специализированными или отрас-

!выми нормативными документами с учетом назначения зданий, этажное -
I,	площади, вместимости, категории производства по взрывопожарной

аасности, наличия автоматических установок пожаротушения и других

акторов.
Требуемые степени огнестойкости производственных, обществен-

jx и жи\ых зданий применительно к старой пожарно-технической терми-

;>логии приведены в таблицах СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания»,

НиП 2.08.02-89 «Общественные здания», СНиП 2.08.01-89 «Жилые здания»

м. табл. 3.5, 3.6, 3.7) и других нормах для зданий различного функциональ¬

но назначения.
Таблица 3.4
Фактические степени огнестойкости зданий по СНиП 21 -01 -97'
Сте¬
пень
огне
ггойхо-
сти
здания
Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее
Несущие
элемен¬
ты
здания
Наружные
несущие
стенки
Перекрытия

междуэтажные

(в том числе

чердачные и над

подвалами)
Элеме1гты бесчердачных

покрытий
Лестничные
клетки
Настилы

(в том числе с

утеплителем)
Фермы,
балки,
прогоны
В»гут-
рекние
стены
Марши и

площадки

лестниц
I
R 120
Е 30
RE1 60
RE30
R 30
R£i 120
R 60
и
R 90
Е 15
REI45
RE 15
R 15
RE1 90
R 60
ш
R 45
Е 15
REI 45
RE 15
R 15
REI 60
R 45
IV
R 15
Е 15
REI 15
RE 15
R 15
REI 45
R 15
V
не нормируется
Требуемые степени огнестойкости производственных, обществен-

их и жилых зданий применительно к старой пожарно-технической терми-

1логии приведены в таблицах СНиП 2.09.02-85' «Производственные зда-

1Я» [7], СНиП 2.08.02-89’ «Общественные здания» [5], СНиП 2.08.01-89"

Килые здания» [6] - см. табл. 3.5, 3.6, 3.7.
Таблица 3.5
Требуемые степени огнестойкости производственных зданий по

СНиП 2.09.02-85'
Категория зданий или

пожарных отсеков
Допус¬
тимое
число
этажей
Степень
огне¬
стойко¬
сти
Площадь этажа в пределах пожарного

отсека, м\ зданий
Многоэтажных
одноэтажных
в два этажа
в три

этажа и

более
А, Б
6
1
не ограничивается
А, Б (за исключением

зданий нефтеперерабаты¬

вающей, газовой, химиче¬

ской и нефтехимической

промышленности)
6
I
II
1Па
5200
То же
217
(

Окончание табл. 3.51
Категория зданий или

пожарных отсеков
Допус¬
тимое
число
этажей
Степень
огне¬
стойко¬
сти
Площадь этажа в пределах пожарного

отсека, м2, зданий
Многоэтажных
одноэтажных
в два этажа
в три

этажа и

более
А - здания нефтеперераба¬
6
II
не огранкч.
5200
3500
тывающей, газовой, хими¬
ческой и нефтехимической
Ilia
3500
-
промышленности
Б - здания нефтеперераба¬
6
11
не огранкч.
10400
7800
тывающей, газовой, хими¬
ческой и нефтехимической
Ша
3500
-
-
промышленности
8
I, и
не ограничивается
3
III
5200
3500
2600
2
Ша
25000
10400
В
1
Шб
15000
2
IVa
2600
2000
2
IV
2600
2000
-
1
V
1200
-
10
1,11
не ограничивается
3
Ш
6500
5200
3500
г
6
Ша
ие ограничивается
I
Шб
20000
2
IVa
6500
5200
.
2
IV
3500
2600
!
10
1, II
не ограничивается
3
III
7800
6500
3500
6
Ша
не ограничивается
Д
1
Шб
25000
-
2
IVa
10400
7800
.
2
rv
3500
2600
I
2
V
2600
1500
Таблица З.Ь
Требуемые степени огнестойкости общественных зданий по СНиП Р
2.08.02-89*	If'
Степень огне¬

стойкости

здания
Наиболь-
Площадь, м
\ этажа между противопожарными стенами в

здании
этажей
одноэтаж¬
ном
2
этажном
3-5
этажном
6-9
этажном
10-16
этажном
16
6000
5000
5000
5000
2500
И
16
6000
4000
4000
4000
2200
III
5
3000
2000
2000
-
Ша и U16
1
2500
-
.
IV
2
2000
1400
.
IVa
1
800
-
V
2
1200
800
218

Таблица 3.7
Требуемые степени огнестойкости и классы конструктивной

пожарной опасности жилых зданий по СНиП 2.08.01 -89'
Степень огне¬

стойкости зда¬

ния
Класс конструктив¬

ной пожарной опас¬

ности здания
Наибольшая допус¬

тимая высота здания,

м
Наибольшая допустимая

плошадь этажа пожар¬

ного отсека, м2
СО
75
2500
II
СО
50
2500
С1
28
2200
III
со
28
1800
С1
15
1800
IV
со
5
1000
3
1400
С1
5
800
3
1200
С2
5
500
3
900
V
Не нормируется
5
500
3
800
По новой пожарно-технической терминологии требуемые степени

«■нестойкости зданий будут определяться по соответствующим таблицам

НиП 31-..., после их разработки, утверждения и ввода в действие.
Здание или сооружение удовлетворяет по огнестойкости требовани-

л пожарной безопасности, если
О	20 .	(3.7)
ф тр
В этом условии знак г обозначает, что фактическая степень огне-

■ойкости здания должна равняться требуемой или размещаться выше в

(блице степени огнестойкости.
Для соблюдения приведенного условия безопасности строительные

>нструкции здания должны соответствовать нормативным требованиям по

;>еделам огнестойкости и пределам распространения огня (см. условия бе-

пасности 3.2 и 3.4 - по старой пожарно-технической или только 3.2 - по

ивой пожарно-технической классификации).
3.2.	Классы конструктивной пожарной опасности

\аний
Класс конструктивной пожарной опасности здания (сооружения)

пределяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожа-

I и образовании его опасных факторов. Классификация зданий по конструк-

вной пожарной опасности в соответствии с табл. 5 СНиП 21-01-97’ [2]

шведена в табл. 3.8.
219

Таблица 3.f
Классы конструктивной пожарной опасности зданий
Класс конст¬

руктивной

пожарной

опасности

здания
Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже
Несущие

стержневые

элементы

(колонны,

ригели, фер¬

мы и др.)
Стены на¬

ружные с

внешней

стороны
Стены, пере¬

городки,

перекрытия и

бесчердачные

покрытия
Стены лестнич¬

ных клеток и

противопожар¬

ные преграды
Марши и

площадки 1

лестниц в

лестничных

клетках
СО
КО
КО
КО
КО
КО
CI
К1
К2
К1
КО
КО
С2
КЗ
КЗ
К2
KI
К1
СЗ
не нормируется
К1
КЗ
Как видно из табл. 3.8, имеется четыре класса конструктивной

пожарной опасности зданий и сооружений: СО, С1, С2, СЗ. Класс конст"

руктивной пожарной опасности здания зависит от классов пожарной опас¬

ности основных несущих и ограждающих строительных конструкций: ко

лонн, ригелей, ферм, стен, перегородок, перекрытий, покрытий, стен лест¬

ничных клеток, маршей и площадок лестниц, противопожарных преград.

При этом пожарная опасность заполнения проемов в ограждающих конст¬

рукциях здания не нормируется, за исключением проемов в противопожар¬

ных преградах,
Здания и сооружения класса СО являются лучшими с противопо

жарной точки зрения. Все конструкции здесь выполнены из негорючих ма

териалов, которые в условиях пожара не горят, не повреждаются, не дают

теплового эффекта, не образуют токсичных дымовыделений. В зданиях

класса С1 допускается применять ряд конструкций из трудногорючих (по

старой пожарно-технической терминологии) материалов. А к большинству

конструкций класса СЗ (кроме конструктивных элементов лестниц, стен/

лестничных клеток и противопожарных преград) вообще не предъявляют¬

ся никакие противопожарные требования.
Условие безопасности по классам конструктивной пожарной опас"

ности зданий (сооружений) имеет вид:
(3.8)!
К *К ,
ф тр
где Кф-фактический класс конструктивной пожарной опасности здания;
К - требуемый класс конструктивной пожарной опасности здания.
Кф может быть определен по результатам огневых испытаний в соответ- ^

ствие с табл. 5 СНиП 21-01-97" [2], а К по разрабатываемым в настоящееjp

время нормам.
‘Ill

3.3.3.	Классы функциональной пожарной опасности

гданий
44 1
Здания и помещения по функциональной пожарной опасности под-

1азделяются на классы в зависимости от способа их использования и от

1еры безопасности людей в случае возникновения пожара с учетом их воз-

^ ,>аста, физического состояния, сна или бодрствования, вида основного фун-

^ ционального контингента и его количества. По-иному, класс функцио-

_ альной пожарной опасности определяется его назначением. Существует

,ять классов функциональной пожарной опасности зданий и помещений:

_>1, Ф2, ФЗ, Ф4. Ф5.
К классу Ф1 относятся здания и помещения, связанные с постоян-

ым или временным проживанием людей, в который входят:
детские дошкольные учреждения, дома престарелых и инвалидов,

■ольницы, спальные корпуса школ-интернатов и детских учреждений ■

>1.1;
гостиницы, общежития, спальные корпуса санаториев и домов от-

,ыха, кемпингов, мотелей, пансионатов - Ф 1.2;

многоквартирные жилые дома - Ф 1.3;

индивидуальные, в том числе блокированные дома - Ф 1.4.

Зрелищные и культурно-просветительные учреждения относятся к

\accy Ф 2, в который входят:
театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, спортивные

юружения и другие учреждения с местами для зрителей в закрытых поме-

ениях - Ф 2.1;
музеи, выставки, танцевальные залы, публичные библиотеки и дру¬

ге подобные учреждения в закрытых помещениях - Ф 2.2;
к Ф 2.3 относятся учреждения, указанные в Ф 2.1, но расположенные

1 открытом воздухе;
к Ф 2.4 относятся учреждения, указанные в Ф 2.2, но расположенные

л открытом воздухе.
К классу Ф 3 относятся предприятия по обслуживанию населения, в

!>торые входят предприятия торговли - Ф 3.1, общественного питания -
■	3.2, вокзалы - Ф 3.2, поликлиники и амбулатории - Ф 3.3, помещения для

исетителей предприятий бытового и коммунального обслуживания - Ф 3.4,

|изкультурно-оздоровительные и спортивно-тренировочные учреждения

1-3 трибун для зрителей - Ф 3.5.
Учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения

:равления составляют класс Ф 4, в который входят:
общеобразовательные школы, средние специальные учебные заве-

|ния, профтехучилища, внешкольные учебные заведения - Ф 4.1;
I высшие учебные заведения, учреждения повышения квалификации

} 4.2;
221

Y
учреждения органов управления, проектно-конструкторские орга¬

низации, информационно-издательские организации, научно-исследова¬

тельские организации, банки, офисы - Ф 4.3;
пожарные депо - Ф 4.4,
Производственные и складские здания и помещения относятся к

классу Ф 5, в который входят производственные и лабораторные помеще¬

ния - Ф 5.1; складские здания и помещения, стоянки автомобилей без техни¬

ческого обслуживания, книгохранилища и архивы - Ф. 5.2; сельскохозяй¬

ственные здания - Ф 5.3.
Производственные и складские помещения, а также лаборатории и

мастерские в зданиях классов Ф 1, Ф 2, Ф 3, Ф 4 относятся к классу Ф 5.
Классификация зданий по классам функциональной пожарной

опасности позволяет основные противопожарные требования к различным

зданиям и сооружениям сосредоточить в едином нормативном документе.
3.4.	Методика экспертизы строительных

конструкций
Проверка соответствия строительных конструкций требованиям

пожарной безопасности осуществляется методом сопоставления. Сравнива¬

ются фактические и требуемые пределы огнестойкости конструкций, фак¬

тические и допускаемые пределы распространения огня по конструкциям

(или фактические и допускаемые классы пожарной опасности строитель¬

ных конструкций). Если соблюдаются условия безопасности 3.2, 3.4, 3.5, то

строительная конструкция удовлетворяет требованиям пожарной безопас¬

ности.
3.4.1.	Методика экспертизы строительных конструкции]

по старой пожарно-технической классификации ^
Методика проверки соответствия строительных конструкций тр?

бованиям пожарной безопасности по старой пожарно-технической терми-J

нологии (согласно СНиП 2.01.02-85' [33]) заключается в следующем: I 1 ■,
1.	По ведомственным или отраслевым нормам (СНиП 2.08.01-89’.. 1

«Жилые здания» [22], СНиП 2.08.02-89* «Общественные здания и сооружен' “

ния» [23], СНиП 2.09.02-85’ «Производственные здания» [7] и др.) устанавлй' i г

вают требуемую степень огнестойкости здания в зависимости от назначе \

ния, площади, этажности здания, категории по взрывопожарной опасности (

и прочих факторов.
2.	На основании требуемой степени огнестойкости здания по СНиГ
2.01.02-85' [33] определяют требуемые пределы огнестойкости основныз

строительных конструкций и допускаемые пределы распространения опи Яг

по этим конструкциям. В ряде случаев требуемые пределы огнестойкосп Ilf-

конструкций и допускаемые пределы распространения огня уточняют пс Ju);

соответствующим главам специализированных или отраслевых СНиПов, t tic»

222

"|:же других нормативных документов. Например, для производственного

з(ния категории В И степени огнестойкости требуемый предел огнестой-

ч|:ти перегородок по СНиП 2.01.02-85' [33] составляет 0,25 ч., по СНиП

.9.02-85' [24] - 0,75 ч. Это последнее значение принимается в качестве тре-

й|!Мого предела огнестойкости для перегородок рассматриваемого произ-

дственного здания.
3.	Исходя из характеристики конструктивных элементов здания

тлщина, размеры поперечного сечения, толщина защитного слоя бетона,

эдсс арматуры и др.), согласно «Пособию по определению пределов огне-

с}йкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям

•|рупп возгораемости материалов» [39] или другим справочным докумен-

а находят фактические пределы огнестойкости конструкций и фактичес-

И; пределы распространения огня по конструкциям.
■	4. Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций

с[вниваютс требуемыми пределами огнестойкости, а фактические преде-

распространения огня по конструкциям - с допускаемыми пределами

рпространения огня, после чего делают вывод о соответствии строитель-

ак конструкций требованиям пожарной безопасности.
При экспертизе строительной части проекта в первую очередь про-

Ч'Яют основные строительные конструкции (стены, колонны, перекрытия,

оегородки, покрытия, несущие элементы лестниц), а затем - второстепен-

К (двери, окна, подвесные потолки и др.).
Результаты проверки соответствия строительных конструкций тре-

(;аниям пожарной безопасности целесообразно свести в таблицу (см.

ал. 3.9).
Таблица 3.9
Шлица экспертизы строительных конструкций по старой пожарно¬

технической классификации
Наименование

н кратки

характеристика

строительны*

конструкций
Пре
гг
(усмотрено
роегтоы
Ссылла на

пункты

‘Посо¬

бия *
Требуется по нормам
Ссылка
ка
пункты
норм
Область
примене¬
ния
конструк-
Вывод
IV
£ф ,сы
П,.-
^доп -сы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
'Подобластью применения конструкций здесь понимается в здании

ж)ой степени огнестойкости применяется каждая конструкция.
В графе 4 табл. 3.9 ссылаются на «Пособие по определению преде¬

ла огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конст-

,Р]циям и групп возгораемости материалов» [39], согласно которому нахо-

X)фактические пределы огнестойкости конструкций и фактические пре-

д.(ы распространения огня по конструкциям, а в графе 7 - на СНиПы и дру-

“(нормативные документы, по которым устанавливают требуемые преде¬
223

лы огнестойкости конструкции и допускаемые пределы распространения]

огня. По графе 8 можно определить фактическую степень огнестойкости!

здания, которую устанавливают по низшей области применения одной из ]

строительных конструкций.	||
3.4.2.	Методика экспертизы строительных конструкций]

по новой пожарно-технической классификации
Методика проверки соответствия строительных конструкций трё^

бованиям пожарной безопасности по новой пожарно-технической терминов

логии (согласно СНиП 21-01-97' [2]) состоит в следующем:
1.	По соответствующим пунктам и таблицам в настоящее время раз^Ц

рабатываемых нормативных документов определяют требуемую степень J-

огнестойкости здания и требуемый класс конструктивной пожарной опас«*

ности здания с учетом назначения, этажности, площади, вместимости зда¬

ния и других факторов.
2.	На основании требуемой степени огнестойкости здания и требу¬

емого класса конструктивной пожарной опасности здания по таблицам 4 и
5	СНиП 21-01-97' [2] находят требуемые пределы огнестойкости строитель¬

ных конструкций и допускаемые классы пожарной опасности строитель¬

ных конструкций. Возможно уточнение показателей требуемых пределов

огнестойкости конструкций и допускаемых классов пожарной опасности

конструкций по соответствующим пунктам разрабатываемых глав норма¬

тивных документов.
3.	Оценивают опасность строительных материалов, используемых в

конструкциях (горючесть Г, воспламеняемость В, распространение пламе¬

ни РП, дымообразующую способность Д, токсичность Т), используя данные

«Справочника по огнестойкости и пожарной опасности конструкций, по¬

жарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерно¬

го оборудования зданий» [40] или другой справочной технической литера¬

туры и определяют область применения этих материалов (в конструкциях

какого класса пожарной опасности разрешается использовать материалы).

Результаты оценки пожарной опасности материалов целесообразно выпол-' |н

нять в табличной форме (см. табл. 3.10).	I t r
Таблица 3.10
Таблица оценки строительных материалов
Наименование и

характеристика

материалов строи¬

тельных

конструкций
Предусмотрено проек¬

том
Ссылка на

'‘Справоч¬

ник.
Фактический

класс пожарной

опасности кон¬

струкции
Ссылка иа

нормативные

документы
Г
В
РП
д
Т
1
2
3
4
5
6
7
8
9
224

4.	Исходя из характеристики конструктивных элементов здания и

гожарной опасности материалов строительных конструкций, по справоч-

■ой технической литературе (например «Справочник по огнестойкости и

южарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности

)гроительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зда-
% 1ий», М., 1999 [40]) определяют фактические пределы огнестойкости конст-

укций и фактические классы пожарной опасности конструкций.
5.	Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций

равнивают с требуемыми пределами огнестойкости, а фактические классы

ожарной опасности строительных конструкций - с допускаемыми класса-

и пожарной опасности конструкций, после чего делают вывод о соответ-

1гвии строительных конструкций требованиям пожарной безопасности,

.ожарно-техническую экспертизу строительных конструкций целесооб-

.азно выполнять в табличной форме (см. табл. 3.11).
Таблица 3.11
1 аблица экспертизы строительных конструкций по новой пожарно¬

технической классификации
Накыеноаднне

н краткая

характеристика

строительных

КОНСТРУКЦИЙ
Предусмотрено
проегтим
Ссылка
на
“Справоч¬

ник *
Требуется по нормам
Ссылка не

тжблкцы 4 н 5

СНиП 21-01-97
Область
применения
ионсгрукций*
в““*
Пф, ыим
Кф, мин
Пф, мкн
К*., ммн
1
2
3
4
5
6
7
8
9
'Под областью применения здесь понимается в здании какой степе-

« огнестойкости и какого класса конструктивной пожарной опасности

зименяется каждая из рассмотренных строительных конструкций.
После обобщения всех данных графы 8 табл. 3.11 можно определить

актическую степень огнестойкости зданий. Фактический класс конструк-

1вной пожарной опасности здания можно окончательно определить после

роведения экспертизы противопожарных преград.
I 2473
225

Раздел 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ
4.1.	Факторы, определяющие поведение строительных

конструкций в условиях пожара, и исходные данные

для расчета их огнестойкости
К таким факторам относятся: степень нагружения конструкций и"1

их элементов; вид и количество пожарной нагрузки, определяющейbji

температурный режим, а также теплоту пожара; тепловая нагрузка на

конструкцию; теплофизические и физико-механические характеристики

материалов, из которых выполнены строительные конструкции; условия

нагрева и способы сочленения конструкций.	1^,' ■’
Согласно СНиП 2.01.07-85' [41] фактические пределы огнестойкости I Г

строительных конструкций определяются при действии нормативных _ I4

нагрузок. Величины нормативных нагрузок устанавливаются в зависимости

от назначения конструкций и условий их эксплуатации.
Различают нагрузки постоянные и временные. Временные нагрузки

подразделяются на длительные, кратковременные и особые.
Постоянными называются такие нагрузки, которые действуют на

строительную конструкцию постоянно. К таким нагрузкам относятся;

собственная масса конструкций; давление грунта; воздействие

предварительного напряжения конструкций и т.д.	J
Длительными называются такие нагрузки, которые воздействуют на

конструкцию продолжительное время: масса технологического

оборудования; давление жидкостей и газов в резервуарах и трубопроводах;

масса складируемых грузов и т.д.	]_
Кратковременными называют нагрузки, действующие Ъ

непродолжительное время: масса людей; подвижное подъемно¬

транспортное оборудование; снег; ветер (при пожаре не учитывается); -|Гя

масса материалов, используемых при монтажных, ремонтных и

реконструкционных работах, и т.д.	Су,
Особые нагрузки - это нагрузки, которые могут появиться в Jn4f

исключительных случаях; при сейсмическом и взрывном воздействии: к.-,

аварийные нарушения технологического процесса; резкие просадки (ь ■

грунтов.	f
Необходимо отметить, что нагрузка от веса людей, снега и '

подъемно-транспортного оборудования в соответствии с требованиями, 1 |tt-

указанными в [41], относятся как к длительным, так и к кратковременным

нагрузкам. Учет этих нагрузок в качестве длительных и кратковременных ir

дан в [41].	(а
1И
К.Н 1№-
1 г

Нормативный уровень нагрузки является завышенным для случая

«жара [42], а классификация этих нагрузок, используемая в СНиП [41],

озволяет отнести случай пожара к особым воздействиям. В соответствии

этим, для оценки огнестойкости строительных конструкций

спользуются постоянные и длительно действующие нагрузки. ГОСТ [35]

эпускает также определять нагрузку на основании подробного анализа

:ловий, возникающих во время пожара.
Предел огнестойкости строительных конструкций снижается с

величением действующих на них нагрузок и увеличивается при их

ченыпении.
В зависимости от вида конструкции, условий ее сочленения с

jyi ими строительными конструкциями, схемы загружения и невыгодного

очетания действующих нормативных нагрузок в сечениях элементов

инструкции и их узлах сочленения определяют максимальные значения
згибающих моментов Мп и усилий Nn. Расчет внутренних силовых
акторов (м n,Nn), выполняемый по правилам сопротивления материалов

строительной механики, называется статическим расчетом конструкции.
Пожарная нагрузка - это количество теплоты, МДж, выделяющейся

зи полном сгорании всех веществ и материалов (в том числе, входящих в

>став строительных конструкций), находящихся в помещении или

ктупающих в него.
Для определения пожарной нагрузки в здании создается

|ециальная комиссия, которая разрабатывает карту пожарной нагрузки. В

у комиссию входят специалисты по технике безопасности, технологии

зоизводства, а также представитель органов Государственной

ютивопожарной службы.
Пожарная нагрузка определяется на основе проектно-

онструкторской документации, технологических карт, натурного

оследования помещений эксплуатируемых зданий, данных по

,)жароопасным свойствам веществ и материалов, представленных в

иравочной литературе, специализированных банках данных, а также

гзультатов лабораторных и натурных испытаний.
В карте пожарной нагрузки должны быть указаны наименование,

значение и принадлежность здания; состав комиссии; перечень

смещений и (или) пожароопасного участка с указанием размещения

■ществ и материалов; спецификация веществ и материалов в каждом

)мещении.
Карта пожарной нагрузки утверждается на стадии проектирования

;,ания руководителем проекта, а для эксплуатируемого здания

•т!0В0Дителем организации или предприятия.
Для оценки пожарной нагрузки в здании, по результатам которой

"вставляется карта пожарной нагрузки, необходимо составить перечень

■ех помещений, расположенных в здании, и описание пожарной нагрузки

каждом из помещений.

Пожарная нагрузка, отнесенная к площади тепловоспринимающей

%)>1 оверхности ограждающих конструкций, называется плотностью

'ожарной нагрузки i-того помещения
Qnoi = >	(4-3)
F,
»• де - площадь тепловоспринимающей поверхности ограждающих

■^1 онструкций i-того помещения, м2.
Пожарная нагрузка, отнесенная к площади ее размещения,

азывается удельной пожарной нагрузкой i-того помещения
ЙИ=7-.	(4-4)
si
Si - площадь, занятая горючими и трудногорючими веществами,

пределяющими пожарную нагрузку i-ro помещения, м2.
Пожарная нагрузка, отнесенная к единице площади пола i-того

эмегцения, называется средней удельной пожарной нагрузкой
Qy, = —,	(45)
Ai
>,е Aj - площадь пола i-того помещения, м2.
Для определения расчетной пожарной нагрузки разрабатывается

денарий развития возможного пожара. При этом необходимо учесть:

ззвитие площади горения в зависимости от места возникновения

1Горания , а также вида и места расположения веществ и материалов; их

(орость и полноту сгорания в зависимости от условий естественной или

анужденной вентиляции; воздействие на динамику пожара систем

зжаротушения. Расчетная пожарная нагрузка определяется на основе

эитериев пожарной безопасности, установленных [43] для наиболее

“благоприятного с точки зрения этих критериев сценария развития

зжара.
Поведение строительных конструкций при пожаре определяется

1кже температурным режимом пожара и его продолжительностью.
Количественные значения температуры в объеме помещения, а

1кже продолжительность пожара зависят от таких факторов, как вид и

эличество сгораемых веществ, т.е. пожарной нагрузки; размещения

•зжарной нагрузки в помещении; размеров и конфигурации помещения,

пзмеров проемов в ограждающих конструкциях и т.д. Это означает, что

ои одной и той же пожарной нагрузке возможны различные варианты

■13ВИТИЯ пожара и каждому варианту будет соответствовать своя
229

температурно-временная зависимость. В частности, ддя одного и того же

помещения при одинаковой пожарной нагрузке температурный режим

пожара и продолжительность	зависят от количества проемов в
ограждающих конструкциях.
В случае большого количества проемов температура в помещении
достигает своей максимальной величины <1гаах в течение короткого
промежутка времени	(стадия развития пожара). Снижение
температуры на стадии затухания г)а происходит также с большой

скоростью. Продолжительность таких пожаров г, небольшая. Малое

количество проемов в ограждающих конструкциях способствует

увеличению времени развития т2шг1 и затухания пожара тй, а значение

максимальной температуры ( ниже, чем в первом случае (рис. 4.1)
Рис. 4.1. Температурные релшмы

пожара в помещении:
1	- с большой проемностью в огражда¬

ющих конструкциях; 2- с малой !

проемностью в ограждающих

конструкциях
Кривые развития среднеобъемной температуры в помещении, где

произошел пожар, в зависимости от вида и количества пожарной нагрузки,

показаны на рис. 4.2 [44].	^
Вид и количество пожарной нагрузки, определяющие

максимальную температуру в помещении и продолжительность пожара,

зависят от назначения здания [44].
При пожарах в жилых и административных зданиях отмечалась

температура 1 ООО-1100°С, а продолжительность пожара - 1-2 часа. При

пожарах в крупных универмагах и в зданиях театров наблюдалась

230

°с
Рис 4.2 Кривые изменения средгеобьемной температуры при пожаре в зависимости

от вцад горючей нагрузки
?мпература 1100-1200°С, при этом продолжительность пожаров, в ряде

1учаев, превышала 2-3 часа. Высокая температура отмечалась во время

эжаров в складских помещениях. Так, при пожаре склада горючих

идкостей и смазочных материалов, продолжавшемся свыше 2 часов,

;мпература в помещении достигала 1300°С.
Степень повреждения конструкций в условиях пожара зависит не

>лько от температуры пожара, но и от времени его развития и затухания,

случае малого промежутка времени в пределах стадии развития пожара

гроительные конструкции не всегда успевают прогреться до значения

оптических температур, при достижении которых они перестают

мэвлетворять требованиям противопожарных норм. Увеличение этого

)емени может способствовать достижению конструкцией своего пределе

(■нестойкости. Необходимо отметить, что «отказ» железобетонных

Инструкций, находящихся в условиях пожара, может произойти не толькс
1	стадии его развития, но и на стадии затухания. Поэтому время, в течение

второго происходит затухание пожара, также влияет на поведение

■роительных конструкций.
231

В настоящее время наблюдается тенденция оценивать огнестойкость^

строительных конструкций при действии реального температурного

режима пожара, т.к. этот режим может значительно отличаться от

стандартного. На рис. 4.3 показаны кривые прогрева конструкции при

реальном температурном режиме пожара, которые в пределах стадии

развития пожара могут располагаться выше или ниже кривой прогрева

конструкции при стандартном режиме. В первом случае (кривая 2) предел,

огнестойкости конструкции при реальном режиме пожара меньше, чем при

стандартном (кривая /), а значит и требование пожарной безопасности не

будет выполнено. Во втором случае (кривая 3) условие пожарной

безопасности выполняется, но при этом не всегда могут удовлетворяться

требования экономического характера.
В соответствии с [45] для расчетной оценки огнестойкости

строительных конструкций предлагается использовать температурный

режим пожара, стадия развития которого описывается логарифмическим

законом, отличающимся от стандартной температурно-временной

зависимости. Это отличие учитывается коэффициентом температурного

режима пожара V , а сам пожар называется отличным от «стандартного».1 I»;
1 J Г -
В соответствии с рис. 4.4 значение коэффициента V равно
/ '

отношению температур	где значения температур t,v и1,.
tB рассматриваются при одном и том же времени т; на стадии развита
t
Рис. 4.3. Кривые прогрева

конструкций при:
1	- «стандартном» пожаре;
О
П2ф П1ф Пзф
т 23-реальных пожарах
пожара.

Рис 4.4. Режимы пожара;
1 - «стандартный»;
; 3- отличные от «стандарт¬

ного»
Изменение среднеобъемной температуры нагревающей среды на

адии развития пожара описывается выражением
tsv=V 345lg(8r + l) + ;„,	(4.6)
ie т - время действия пожара по «стандартному» режиму, мин;
•	начальная температура, равная 20°С.
В формуле (4.6) коэффициент у вычисляется по формуле:
150АГ„ -0,65
V = 1.37
Оо4
(4.7)
е Кл - коэффициент, учитывающий фактор проемности, м05.
Значение коэффициента V может быть больше или меньше

«иницы (при у/ = 1 значение - lBV = tB , что соответствует «стандартному»

]жиму пожара).
Значение коэффициента проемности выражается следующей

ирмулой:
233

где - площадь вертикальных проемов, м,
// - средняя высота проемов, м;
А • полная площадь всех горизонтальных и вертикальных ограждающих

конструкций помещения, м2.	J1
Для режимов пожаров, отличных от «стандартного» (рис. 4.4), время
■Н
вычисляется по Г
следующей формуле
\
	г.	(4.9)
8318АГП -4021АГ„	„
Значение температуры /гаах определяется по формуле (4.6)
”Риг = ттах.	|
Скорость снижения температуры на стадии затухания

пожара, °С/мин, равна	I
^ 98000/С п -1500	(4 1-
QCy	j1
В формулах (4.9, 4.10) величина пожарной нагрузки и значение
коэффициента Кп определяются соответственно по формулам (4.5) и (4.8).

Время, в течении которого наблюдается затухание пожара (рис. 4.4)
„ *тах ~^н	,. ..
13=			•	(4-11)
Время действия пожара: та = тр + т}, где тр = - время развития
пожара, а г3 - время затухания пожара.	Й ( :
Необходимо отметить, что в настоящее время существуют и другие I

методы как приближенной оценки режима пожара, так и методики,

моделирующие поведение газовой среды при пожаре в помещении [46, 47) , ' ''

Эти методы позволяют более точно учитывать влияние проемности,-

количества и вида пожарной нагрузки, размеров помещения и других]

факторов на температурный режим пожара.	/ 1 *
К таким методам, в частности, относится использование]?

интегральной модели поведения газовой среды в помещении, tVk

определение среднеобъемной температуры в зависимости от выше- |j

перечисленных факторов.

Кроме этого, используется зонный подход в моделировании

оведения газовых сред при пожаре. Суть этого метода заключается в

ыделении характерных зон в объеме помещения (конвективная колонна

ад очагом горения, припотолочный слой раскаленных газов и

гносительно холодный нижний слой газов), а также разбиение этих зон на

олее мелкие зоны. При этом определяется изменение среднеобъемной

змпературы в каждой из выделенных зон. Зонное моделирование дает

эзможность рассчитывать несущую способность строительных

онструкций и их огнестойкость не от действия среднеобъемной

^Омпературы в помещении, а в зависимости от среднеобъемной

-!мпературы рассматриваемых зон.
Развитие вычислительной техники позволило также моделировать

оведение газовых сред при пожаре, используя уравнения конвективного

;пломассообмена (полевое моделирование) [48], С помощью этого

,)фференциального метода определяются температурные поля в средах,

чывающих строительные конструкции и их элементы.
Интенсивность нагрева конструкций зависит также от

•плофизических характеристик конструкционных материалов.
К ним относятся: коэффициент теплопроводности Х1ет , Вт/(м • К);
цельная теплоемкость С1ет, Дж/(кг‘К); коэффициент температуро-
:>оводности а1ет , м2/с. Кроме этого, важной характеристикой,
:пользуемой в расчетах конструкций на огнестойкость, является степень

'рноты поверхности материала е, а также характеристика

юницаемости, влагопереноса и др.
Для различных материалов зависимость Я,ет и С1ет от

5мпературы их нагрева i носит линейный характер и выражается

(едующим образом:
\т=А + Вг,	(4.12)
CKm=C + №,	(4-13)
J5 А, В, С, Д - коэффициенты, зависящие от вида материала.
Значения коэффициентов А и С даны при начальной температуре
. Формулы (4.12,4.13) получены путем апроксимации экспериментальных

|зультатов, полученных при испытании различных материалов.
Значения Х1ет зависят также от плотности материала Р , кг/м3. С

уличением температуры материалов плотностью выше 1800 кг/м‘

1блюдается снижение значений \ет и для этих материалов в формулу

(12) значения коэффициента В подставляются со знаком «-».
235
<

Для более пористых материалов с плотностью не более 1800 кг/м^

увеличение температуры материала способствует увеличению значени^-
Х!ет • При этом в формуле (4.12) величины коэффициента Вимеют знак

« + ». Для материалов с различной плотностью величина удельной^

теплоемкости возрастает с увеличением температуры материала.11!-

Влагосодержание в пористых материалах также оказывает влияние на]
изменение Хкт и С1ет . С увеличением влагосодержания материале]

значения этих теплотехнических характеристик возрастает, при этоь]

значения Х,ет - по экспоненциальному закону, a Ctem - по линейному.
Нельзя оценивать огнезащитную эффективность тех или иныЛ|

материалов только по характеристикам Х1ет и С!ет.	I
Для оценки этой эффективности необходимо знать коэффициент

температуропроводности, определяемый по формуле
2
— t£m	1А i А I
tem 			(4.14
;,'ni	1
С уменьшением значения а1ет огнезащитный эффект материал; I

увеличивается.
Характер изменения Х1ет и С1ет в зависимости от влажноси

пористого материала позволяет упростить учет влияния этой влажности нг

коэффициент температуропроводности. Влияние влагосодержания бетонТ"1

на величину его температуропроводности рассмотрено в разделе 7. 1 ‘
Значения степени черноты материала е изменяются от 0 - для .

прозрачных и белых поверхностей до 1 - для абсолютно черной I

поверхности. Чем меньше значение степени черноты, тем меньше

поглощение поверхностью конструкции падающего на нее тепловогс gi

потока. Степень черноты зависит от температуры. Так, для стали при

изменении ее температуры от 100°С до 300°С значение степени черноты

мало изменяется и составляет 0,4, а с увеличением температуры до 400°С

степень черноты достигает величины, равной 0,85.
При дальнейшем увеличении температуры значение степени

черноты практически не изменяется.
Со стороны необогреваемой поверхности конструкции степень

черноты £ = 1, а нагревающей среды в огневых камерах установок для

огневых испытаний конструкций принимается е = 0,85.
Теплофизические характеристики для некоторых строительных

материалов (данные ЦНИИСК им. Кучеренко) даны в таблице 4.1.
В формулах(табл.4.1) для определения Х,ет и С1ет приведены
значения
236

Теплофизические характеристики
Таблица 4.1
Материал
Средняя плотность

(в сухом состоянии), р,

кг/м3
Коэффициент

теплопроводности,

Л™, Вт/(м К)
Удельная

теплоемкость, Cltmt

ДжДкгК)
Степень черноты,

e
Сталь углеродистая
7800
48-0,0365t
440 + 0,48t
0,74
Кирпич глиняный обыкновенный
1580
0,34+0,000171
710 + 0,42t
0,94
Тяжелый бетон на известняковом

заполнителе
2250
1,14-0,000551
710 + 0,83t
0,625
Цементно-песчаная штукатурка
1930
O,62-0,OOO33t
770 + 0,63t
0,867
Сухая гипсовая штукатурка
900
0,23+0,00035t
849 + 0,59t
0,89
Минераловатные плиты
125
0,049+0,000184t
582 + 0,63t
0,92
Фосфатное огнезащитное

покрытие по спали
200
0,026+0,00016t
1250 + 0,63t
0,92

rl
-- t-tH или t = T-TH,
где tH =20 "С, a TM =293K.
На несущую способность и деформативность строительных

конструкций, находящихся в условиях пожара, влияют физико¬

механические свойства материала, изменяющиеся в зависимости от

температуры нагрева конструкции.
В частности, такие свойства определяются пределом прочности (R)

и модулем упругости (Е) материала, из которого выполнены конструкции.
При изменении температуры от 20°С до 200-300°С предел прочности )

некоторых марок сталей и бетона увеличивается: в первом случае за счет J

снижения технологических напряжений, во втором - за счет уменьшения I

свободной влаги в порах бетона.
Увеличение температуры материала способствует снижению его

модуля упругости, т.е. деформативность конструкции при этом

увеличивается.
Согласно [35] предел огнестойкости строительной конструкции ,i

определяют как среднее арифметическое значение результатов нескольких

огневых испытаний. Поэтому при определении прочностных показателей в®

свойств материалов используют их средние значения. В общем виде

нормируемую прочность (расчетное сопротивление) материалов для оценки

пределов огнестойкости металлических и железобетонных конструкций

следует определять по формуле
Ч|
(4.15)
где Rn - нормативное сопротивление материала;
ytem коэффициент, учитывающий изменение прочности материала от

температуры;
У - коэффициент надежности по материалу, устанавливаемый из условий

совпадения пределов огнестойкости конструкций, определенных

экспериментальным и расчетным методами.
Более подробно определение нормируемого предела прочности для

оценки пределов огнестойкости металлических и железобетонных

конструкций даны в разделах 5 и 7.	|
Предел прочности древесины при увеличении температуры ее

нагрева также снижается.	L I
Изменение предела прочности древесины (сосны и ели)|в

зависимости от температуры определялось на основании кратковременных

испытаний малых чистых (без пороков) образцов [49]. По результатам

испытаний вычислялось среднее арифметическое значение предела
прочности (временное сопротивление) Л , изменяющееся в зависимости

238	р
|-
I
lpn

g температуры древесины, что учитывается коэффициентом у1ет . При

преходе от малых чистых образцов к натурным деревянным конструкциям

иобходимо учитывать: наличие в материале пороков (сучки, трещины и

f,.); размеры сечения деревянных элементов и конструкций; толщину

дсок, из которых выполнены клееные деревянные конструкции;

дительность действия температуры на деревянную конструкцию,

«годящуюся в условиях пожара. Влияние этих факторов на прочность

^гвесины в конструкции натурных размеров, подверженной воздействию

тпературного режима пожара, учитывается соответствующими

юффициентами.
Таким образом, расчетные сопротивления (нормируемая

гочность) древесины для определения предела огнестойкости деревянных

инструкций вычисляются с учетом вышеприведенных факторов с

■пользованием временных сопротивлений
|	Rf=R*pmnm6ma,mmVlem<	(4.16)
Щ Rep - временное сопротивление древесины при стандартных условиях
Импературе 20°С и относительной влажности древесины - 12%);

■Ч - коэффициент, учитывающий наличие пороков древесины;
коэффициент, учитывающий размеры сечений; m - коэффициент,

бывающий толщину досок; - коэффициент, учитывающий
( тельность действия температуры на конструкцию; у,ет - коэффициент,

тывающий влияние температуры на прочность древесины.
Значения расчетного сопротивления клееной и цельной древесины
j в зависимости от характера ее работы в конструкциях и их элементах
1|дставлены в разделе 6.
Модуль упругости конструкционных материалов при увеличении

■епературы - снижается. Это изменение учитывается коэффициентом
rA Еит - модуль упругости при повышенных температурах; Е - модуль

учугости при начальной температуре, равной 20°С.
j Значения коэффициента f) для металлических конструкций даны

Ы|зделе6.
j Важное значение для анализа поведения конструкций в условиях

.icapa имеет характер их деформаций. Деформации бетона от теплового

ршшрения и усадки определялись в результате нагрева бетонных полых

аджндров. Температурное расширение бетона в основном зависит от

т^епературных деформаций его заполнителей. Величина температурных
239

деформаций у тяжелых бетонов на гранитном щебне в два раза больше (

температурных деформаций легких бетонов на заполнителе в виде jf

керамзита.	( |
Деформации температурного расширения арматурных сталей

возрастают с ростом температуры до 700°С.	}
Применительно к стальным конструкциям, а также стальной

арматуре в железобетонных конструкциях значение общей деформаций

при пожаре зависит от деформации температурного расширения,

изменения модуля упругости, а также деформации ползучести. Под

понятием температурная ползучесть подразумевается изменение

деформаций во времени постоянных значений температуры и приложенной -

нагрузки. Основными факторами, обуславливающими величину и скорость В

ползучести, являются величины напряжения, температуры, а также I-

длительность их воздействия. Из этих факторов основным является уровень

напряжения, влияющий на скорость ползучести при определенной

температуре. С увеличением величины напряжения скорость .

температурной ползучести возрастает.	[ i I
На огнестойкость строительных конструкций оказывает влияние) J

условие их нагрева и способы сочленения конструкций между собой. -

В зависимости от условий нагрева различают одностороннее,

трехстороннее и четырехстороннее нагревание конструкции.
Одностороннему нагреву в условиях пожара подвергаются стены]
перегородки, а также плоские конструкции перекрытия и покрытия
Трехстороннему нагреву могут подвергаться стержневые несущие

конструкции, к которым относятся балки перекрытий и покрытий, арки,1

рамы, верхние пояса ферм, колонны крайнего ряда, а также ребра

панелей(ребристых),
Колонны средних рядов в условиях пожара подвергаются обогрев'

с четырех сторон.
Условия нагрева при пожаре оказывают существенное влияние на

несущую способность строительной конструкции. Например, несущая

способность металлической балки при одностороннем обогреве снижается

с меньшей скоростью, чем при трехстороннем обогреве. При одинаковых Щ

внешних геометрических размерах сечения и условий обогрева на1!

несущую способность конструкции в условиях пожара влияет массивность (р

этой конструкции. С увеличением массы конструкции увеличивается ее ■ Ь

теплоемкость, а, следовательно, и время прогрева конструкции до

температуры, при которой наблюдается исчерпание ее несущей

способности.	(
Несущая способность конструкции в условиях пожара зависит от

способа ее сочленения с другими конструкциями и способа опирания. I

строительстве используются статически определимые и неопределимый |Р

конструкции. При нагревании статически неопределимых конструкций в <?.

них появляются дополнительные температурные напряжения.	I
j 1
240	I : Bi,-
:ее^
-I
и ие Н

Так, при жесткой заделке на опорах конструкция лишена

. эзможности свободно деформироваться, вследствие чего в ней появляются

ополнительные усилия и изгибающие моменты, вызывающие

чачительные напряжения.
Влияние этого фактора на поведение строительной конструкции в

^ словиях пожара зависит от материала, из которого выполнена эта

онструкция. Например, в статически неопределимых металлических

онструкциях эти напряжения могут привести к потере несущей

пособности при температуре 100°С.
В тоже время нагрев статически неопределимых железобетонных

энструкций приводит к перераспределению усилий в них и положительно

шяет на их несущую способность при пожаре. Увеличение количества

горон опирания плоских строительных конструкций, например плиты

еждуэтажного перекрытия, также способствует увеличению предела

•нестойкости этих конструкций.
.2 Понятие предельного состояния конструкции.

Несущая способность конструкции в условиях пожара
Среди многих требований, предъявляемых к строительным

)нструкциям, является требование соответствия конструкций своему

значению и заданным условиям эксплуатации в течении необходимого

>емени. Это соответствие строительных конструкций предъявляемым

>ебованиям обуславливается расчетом.
В настоящее время основным методом расчета строительных

шструкций для условий эксплуатаций и монтажа является метод

сдельных состояний, разработанный Н.С.Стрелецким и действующий в

иней стране с 1955 г.
Суть метода заключается в установлении для конструкций так

язываемых предельных состояний и в обеспечении конструкций

' счетным путем от наступления этих состояний.
Предельным называется такое состояние конструкции, при

,стижении которого она перестает удовлетворять предъявляемым к ней

'ебованиям в процессе эксплуатации или монтажа, т.е. конструкция

ряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает

/допустимые деформации.
(Различают предельные состояния первой и второй групп.

Предельные состояния первой группы включают состояния,

вторые ведут к потере несущей способности или к полной непригодности

шструкции к условиям ее эксплуатации.
j К предельным состояниям этой группы относятся: общая потеря

,'тойчивости формы: потеря устойчивости положения; разрушения любого

[.рактера; переход в изменяемую систему; качественное изменение

(нфигурации; состояния, при которых возникает необходимость
J2473
241

прекращения эксплуатации в результате текучести материала, его

ползучести, а также чрезмерных сдвигов в соединениях,	11
Предельные состояния второй группы включают состояния,У

наступление которых затрудняет нормальную эксплуатацию конструкции]

или ведет к ее недолговечности.
К таким состояниям относятся недопустимые перемещения, а также]

образование или раскрытие трещин (в железобетонных конструкциях).
Требования норм заключаются в том, чтобы расчетные величинь |

усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытия трещин и т.д.|

не превышали предельных значений, установленных нормам!]

проектирования строительных конструкций для зданий и сооружении

различного назначения.
Расчет по методу предельных состояний основан на учете все)!

факторов, определяющих действительную работу конструкций, зданий itj

сооружений, основными из которых являются: фактор изменяемости

нагрузок; фактор нестабильности свойств материала и фактор условий

работы. Параметры, определяющие эти факторы, носят случайный*

вероятностный характер.
Понятие нормативной нагрузки дано в пункте 4.1 данного раздела

Возможное отклонение величины нагрузки, действующей на конструкцию

от ее нормативной величины учитывается коэффициентом надежности пс}
нагрузке Уf , значения которого даны в (41 ].
Расчет конструкций по предельным состояниям первой группь1

выполняется на действие расчетных нагрузок (распределенной - q ил(1

сосредоточенный - Р):
ч = чу ;	*
f	(4.17; |
f-oy.	i
\i
где qn и Pn - величины нормативных нагрузок.
При этом необходимо учитывать неблагоприятное сочетание l

постоянных и временных нагрузок с использованием коэффициент; gf
сочетаний у/п [41]. Расчет конструкций по предельным состояниям BTopof
группы выполняется на действие нормативных нагрузок, т.е. при у f = 1 1 ^
Основными нормируемыми характеристиками прочности fe

конструкционных строительных материалов являются нормативные и

расчетное сопротивления, значения которых определяются на основании

данных стандартных испытаний с учетом статистической изменчивости

показателей прочности и разной степени обеспеченности (доверительной
вероятности) по минимуму. Для нормативного сопротивления R,

.едписывается обеспеченность не ниже 0,95 (95%), На рис, 4,5 показана

1^. 1ивая нормального распределения (кривая Гаусса) показателей прочности,

[строенная по результатам кратковременных стандартных испытаний

чела малых образцов - п, принятого за 100%. На оси абцисс откладываются
^чения прочности R , а на оси ординат процент п выполнения той или

,юй прочности. Наибольший процент выпадения соответствует среднему

мфметическому значению полученных при испытании величин

е;менного сопротивления
Однако наблюдается выпадение показателей прочности как в

блыпую, так и в меньшую стороны по сравнению с Если за

врмируемую величину прочности принять значение R,p, то мы можем

.*:тигнуть обеспеченности 0,5(50%), что недостаточно, Значение

вэмативного сопротивления я„ выбирается таким образом, чтобы из 100%

щытанных образцов 95% должны иметь прочность не менее нормативного

Сфотивления.
Расчет конструкций по предельным состояниям первой группы

вполняется с использованием расчетных сопротивлений материалов
п%
•ic 4.S. кривая нормального распределения

(кривая Гаусса)
1 «
(4.18)
С ут ■ коэффициент надежности по материалу (ут г 1).
К 2473
243

Коэффициент надежности по материалу позволяет учесть влияние

неоднородности материала на его прочность при переходе от малых >

стандартных образцов к конструкциям натурных размеров. Таким I

образом, использование расчетных сопротивлений позволяет создать Г

обеспеченность от 0,99 до 0,999 (99-99,9%).
Для учета особенностей действительной работы материалов,?;
конструкций и соединений вводится коэффициент условий работы yj
(1 < < 1). ^
В зависимости от назначения, степени ответственности и срока

службы (капитальности) все здания и сооружения делятся на три класса,

что учитывается коэффициентом надежности по назначению конструкции
7„ .значение которого принимается равным: 1,0; 0,95; 0,9
При выполнении расчетов по предельным состояниям второй
группы значения коэффициентов ут, ус принимаются равными единице, jl.
Для конструкций, рассчитываемых по предельным состояниям

первой группы, расчетные усилия и изгибающие моменты в элементах

конструкции N(M) не должны превышать их несущую способность Ф, т.е^
n(m)<0.	(4.19)
В формуле (4.19) значения N(M) и ф представлены в виде

следующих функций:	Н
ЩМ) = / (р„ (О; 7/ ;vO;	f
(4.20»»
'ал'	1
*
И т
ф = /
У тУ п j
где s - геометрическая характеристика сечения (площадь, момент инерции

момент сопротивления и т.д.).	Л
Изменения силовых факторов, несущей способности элементов IP

конструкций, а также наступление предельного состояния показаны на"

рис. 4.6.	ЙЕ
Условие расчета конструкций по предельным состояниям второй!
группы
/*/,.	(4-21)
где f - прогиб или перемещение элемента или конструкции, представленные
k
в виде функции - <p[s;.P„(4n }?„];
Л - предельный прогиб, перемещение, установленные нормами [41J. С.

244
2

Рис. 4.6. Наступление предельного

состояния при изменении силовых

акторов {N, М) и несущей способности

конструкций и их элементов (ф)
Несущая способность конструкции в условиях пожара - это

юйство конструкции сохранять свои функции, воспринимая собственный

|С, приложенные нормативные нагрузки, а также температурные усилия,

вникающие в условиях огневого воздействия. Для несущих конструкций

юлонны, балки, фермы, арки, рамы) предельным состоянием по

;нестойкости является только потеря их несущей способности. В

висимости от вида материала и характера работы конструкции

сдельное состояние по огнестойкости может наступить в результате

>упкого разрушения материала или за счет развития больших

юбратимых деформаций.
Предел огнестойкости строительной конструкции из условия

пери ее несущей способности наступает при
*„(лО=ф,ет,	(4-22)
IS Nn(Mn) - внутренние силовые факторы в расчетных сечениях

шструкции (усилие или изгибающий момент) от действия нормативной

[грузки; ф)ет - несущая способность конструкции, находящейся в
^овияхпожара, равная Nр1ет{Мр!ет).
В сравнении с формулой (4.20) внутренние силовые факторы

,,(М„) в формуле (4.22) определяются при значениях коэффициентов
Нежности Уf и ¥п , равных единице, а значение несущей способности

(>т вычисляется при значении коэффициента уп = 1.
245

Значение коэффициента надежности по материалу Ут при опре¬

делении несущей способности Ф!ет также принимается равным единице,
за исключением арматуры и бетона в железобетонных конструкциях.
В отличие от формулы (4.20) значение коэффициента условия
работы ус при определении несущей способности Фи принимается
равным коэффициенту Yiem , учитывающему снижение прочности материа¬

ла от действия температуры.
4.3.	Общие принципы расчета огнестойкости

строительных конструкций
Суть расчета предела огнестойкости строительных конструкции

заключается в определении времени, по истечении которого в условиях

высокотемпературного воздействия при пожаре наступает одно из

предельных состояний.
Для конструкций, выполняющих одновременно несущие и

ограждающие функции, необходимо определить время от начала пожара до

наступления предельного состояния по несущей и теплоизолирующей^

способностям, а за предел огнестойкости принять минимальное изР

полученных значений.
Предел огнестойкости ограждающей конструкции в результате

потерь ее целостности определяется только экспериментальным путем, ц
Расчет предела огнестойкости строительных конструкций состоит

из двух частей: теплотехнической и статической (прочностной).
Теплотехническая часть имеет целью определить температурные

поля в расчетном сечении элемента или конструкции при действии на них

температурного режима пожара. При этом используются уравнения

нестационарной теплопроводности твердого тела с учетом изменения

теплофизических характеристик материалов, из которых выполнена

конструкция, в зависимость от температуры. Решение теплотехнической '

части позволяет определить предел огнестойкости из условия наступления

предельного состояния по теплоизолирующей способности, что характерно j..

для ограждающих конструкций.	u
Для определения предела огнестойкости из условия наступления

предельного состояния по несущей способности необходимо также I

выполнить статическую (прочностную) часть расчета. В статической части |

вычисляют несущую способность конструкций, нагреваемых при пожаре,

с учетом изменения прочностных свойств материалов при высоких

температурах.
В общем случае схема расчета предела огнестойкости конструкции S"

по потере ее несущей способности показана на рис. 4.7.	| ‘
246

не. 4.7. Общая схема расчета предела
•	огнестойкости конструкции по

потере ее несущей способности
По оси абсцисс отложено время нагрева конструкции т , а по оси

эдинат - несущая способность конструкции Ф1ет = Npjem {м pjem) и

■личины внутренних силовых факторов в виде действующего усилия
'астяжения или сжатия) или изгибающего момента Мп от действия

)рмативной нагрузки. Предел огнестойкости определяется при выполнении

шенства по формуле (4.22).
Для построения графика на рис. 4.7 выполняется следующая после-

,)вательность расчета:
задаются отдельными периодами времени нагрева конструкции rl ...rt,

для заданных периодов времени теплотехническим расчетом

феделяют температуру в сечении конструкции;
статическим расчетом для этих же промежутков времени определяют
:сущую способность Ф,ет\—Ф,ет1 конструкции с учетом изменения

ючностных характеристик материала;
строится график снижения несущей способности конструкции во
■вмени, Ф,ет -Т;
по графику определяется значение предела огнестойкости Чф , т.е.

пемени, при достижении которого несущая способность конструкции

яизится до величины внутренних силовых факторов Nn(Mn) от

.фмативной нагрузки.
247

Расчет предела огнестойкости строительных конструкций выполняется^

с учетом следующих допущений:	j
расчету подвергается отдельно взятая конструкция или

конструктивный элемент без учета связи с другими конструкциями, т.е. не

учитывается совместная работа конструкций здания или сооружения; )

конструктивные элементы в условиях действия температурного

режима, представленного в виде зависимости среднеобъемной температуры от о

времени, нагреваются одинаково по всей длине или высоте;	ь]
утечками тепла по торцам конструкции пренебрегают;	j
температурные напряжения в конструкции, появляющиеся в И

результате ее неравномерного прогрева и в силу изменения упруго-

пластических свойств материала, не учитываются.	П Г1
Остальные допущения, используемые при решении теплотехнической (г

и статической задач по определению предела огнестойкости металлических, ; г

деревянных и железобетонных конструкций, рассматриваются в разделах 5,6,1!
|;7
4.4.	Расчетные схемы определения предела	I j

огнестойкости строительных конструкций	I ,
i '
Возможность расчетной оценки времени наступления предельных

состояний по огнестойкости можно представить в виде трех основных схек, ■ ‘ ■

Расчетная схема 1 используется для оценки предела огнестойкости по;

потере теплоизолирующей способности вертикальных и горизонтальных 1

ограждающих конструкций (перегородки, плиты перекрытий, внутренние

стены). Согласно данной схеме (рис. 4.8, а, б), предел огнестойкости
конструкции наступит в момент времени т = Пф, когда при заданных

условиях высокотемпературного воздействия и теплофизических

характеристиках материала температура на необогреваемой поверхности <нп'|
I .
изменяясь от начального значения 1Н станет равной допустимому значению

(ГОСТ 30247).	)
Расчетная схема 2 используется для расчета предела огнестойкости 1

незащищенных и защищенных металлических конструкций, а также i i

железобетонных изгибаемых конструкций. При этом решается задача по 1

определению времени, по истечении которого на поверхности металлических

конструкций или рабочей арматуры железобетонных конструкций i [.
установится критическая температура tcr (рис. 4.8, в, г). Под критической с

температурой понимается температура конструкции или ее элемента, при

достижении которой наступает предельное состояние по несущей j j

способности.	J i
Расчетная схема 3 используется для определения предела , I

огнестойкости строительной конструкции по критической площади ее ; :

248	' j |1

I Рис. 4.8. Расчетные схемы по определению фактического предела огнестойкости

строительных конструкций:

б-вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций (расчетная схема 1);

i1- металлической и железобетонной балок (расчетная схема2};д,е- деревянной балки

и железобетонной колонны(расчетная схема 3)
249
I

сечений. Существуют конструкции, предельное состояние которых при

пожаре наступает в результате потери их несущей способности из-за

уменьшения размеров расчетного сечения. К таким конструкциям относятся,

в частности, деревянные конструкции, размеры сечений которых

уменьшаются в результате обугливания древесины (рис. 4.8, д).
Вследствие уменьшения размеров сечения напряжения в сечении

увеличиваются, и при достижении этих напряжений величины предела

прочности прогретой древесины конструкция утрачивает свою несущую

способность.
По этой же расчетной схеме определяют предел огнестойкости

центрально-сжатых каменных и железобетонных конструкций. При

нагревании сжатых железобетонных элементов часть сечения прогревается

выше температуры, при достижении которой бетон теряет свою прочность,

что способствует уменьшению размеров сечения, способного воспринимать

действующие нагрузки (рис. 4.8, е). Уменьшение размеров сечения приводит*

снижению несущей способности каменных и железобетонных конструкций 1

при пожаре. Сечение деревянных, а также центрально-сжатых каменных и

железобетонных конструкций, при достижении которого в результате!

действия температурного режима пожара наступает предельное состояние, *

называется критическим сечением, а размеры этих сечений - критическими^!|
4.5.	Сущность теплотехнической и статической частей^:-

расчета огнестойкости	С;
Суть теплотехнического расчета заключается в определении

температурных полей в расчетных сечениях обогреваемой конструкции.* Г

Температурным полем называется совокупность значенй(

температуры t в данный момент времени т для всех точек пространства

характеризуемых координатами х, у, z.	*JT
При воздействии на конструкцию, изменяющейся во времен!
температуры обогревающей среды f, , температурное поле также изменя-,

ется во времени, т.е. является нестационарным.	■'
Температурное поле может быть функцией трех, двух и одной,

координат. Соответственно, оно называется трех, двух- и одномерным, а

его математическое выражение с учетом фактора времени имеет*1

следующий вид:	г,
г/	\	lE
1 = Л*, У,т),	(4.2\
< = /(*.*) «ли t = f{y,x).
В большинстве случаев при решении теплотехнической задачи Eir

конструкциях определяется одномерное (рис. 4.8, а, б) и двухмерное

температурные поля (рис. 4.8, в-е).	^
250	*'i
1
«I

Расчет температур выполняется с применением дифференциального

йавнения теплопроводности Фурье [11]:

двухмерное температурное поле
Эг
CtemP "
а
Э
\ 3'"
дх
Lem
дх
+
Эу
Кет ~

°У.
(4.24)
одномерное температурное поле вдоль осей х и у
^ternf
Э/ Э
а Э/
*1
II
*1
Кет _
Эх.
Э/ э
"а Э/
Эт Ъу
Кет -
Эу
(4.25)
ie CIem - удельная теплоемкость;
■ет - коэффициент теплопроводности;
-	плотность материала конструкции.
Уравнение (4.24) применяется для определения температурного поля

сечениях стержневых конструкций (колонн, балок, арок, элементов ферм

1Т.д.), а уравнения (4.25) для плоских вертикальных и горизонтальных

инструкций (стен, перегородок, плоских плит покрытий и перекрытий).
В уравнениях (4.24) и (4.25) значения удельной теплоемкости С1ет и
ьэффициента теплопроводности Я1ет материала конструкции определя¬

йся по формулам (4.12) и (4.13).
Дифференциальные уравнения теплопроводности Фурье (4.24),
1-25) являются нелинейными, т.к. изменяется не только температура
|гревающей среды, но и теплофизические характеристики материала С1ет
iAtem . Решение таких уравнений можно получить с использованием

'сленных методов, реализованных с помощью ЭВМ.
Для решения дифференциальных уравнений теплопроводности

урье необходимо задаться краевыми условиями, состоящими из

:чальных и граничных условий.
К начальным условиям относится распределение и значение

'мпературы в конструкции до пожара. Во всех точках сечений
'.шструкции значение начальной температуры tH принимается равной
:°с.
Граничные условия позволяют определить закономерности

Шлообмена между нагревающей средой и поверхностью конструкции. Для
251

теплотехнического расчета строительных конструкции используются

граничные условия 1-го рода, 2-го рода и 3-го рода.
Граничные условия 1-го рода характеризуются заданием изменений

температуры на поверхности конструкции; граничные условия 2-го рода

характеризуются заданием изменения плотности теплового потока,

поступающего к поверхности конструкции; граничные условия 3-го рода

характеризуются заданием закона изменения температуры нагревающей
среды 1в от времени действия пожара и коэффициента теплообмена а

между нагревающей средой и поверхностью конструкции.
Коэффициент теплообмена (Вт/(м2 • К))
а=ак+ал,	(4.26)
где ак - конвективная составляющая; ап - лучистая составляющая.
Значения составляющих ак и ал в формуле (4.26) при действии]

стандартного температурного режима соответственно равны:	ЬвН
«*=29;
(4.27ГБ
1ЛП I I 1
«л=5,77е^
^в *0
где £red -приведенная степень черноты системы «огневая камера-обогреваема^!
поверхность»; Те -температура нагревающей среды, К; Та -температура обогреваемой!

поверхности, К.
В формуле (4.27) значение приведенной степени черноты
1
^red ~ j j •	(4.28} ,ц
ё	J:
' 1 с
где е - степень черноты среды огневой камеры печи, принимаемая 0,85; А,

еа • степень черноты обогреваемой поверхности конструкции1^ ^*

зависимости от вида материала, дана в табл. 4.1.	*
Значение приведенной степени черноты системы «огневая камера - J

обогреваемая поверхность» железобетонной конструкции зависит от L
I ) я
температуры обогреваемой поверхности и равноеге^ = 0,67-0,000417^ ! Pi

Линеаризация дифференциальных уравнений (4.24), (4.25) позволяет!

получить их аналитическое решение. Линеаризация выполняется введением Г

1'стоянных значений к,ет и С1ет , определяемых по формулам (4.12), (4.13) с

^ (пользованием усредненной температуры материала конструкции, не изменяющейся

ш пожаре, а также усредненного значения плотности материала в сухом состоянии,
„с (см. раздел7).
При решении дифференциального уравнения теплопроводности

</рье с использованием граничных условий 3-го рода усредняется и

зачение коэффициента теплообмена а.
Суть статического (прочностного) расчета заключается в

(ределении времени от начала действия на конструкцию температурного

(жима пожара до наступления предельного состояния по потере ее

1сущей способности, что выражается формулой (4.22). Основная схема

[счета предела огнестойкости несущих строительных конструкций дана в

г4.3 данного раздела. По существу этот метод решения статической задачи

яляется графоаналитическим и используется для определения предела
-	снестойкости статически определимых и неопределимых изгибаемых

>:лезобетонных конструкций, а также железобетонных конструкций,

рботающих на «центральное» сжатие и в условиях сложного

сяротивления.
(Для расчета предела огнестойкости металлических и

лезобетонных конструкций (вертикальных и горизонтальных плоских, а

(же изгибаемых стержневых элементов), отказ которых при пожаре

вступает из-за потери несущей способности расчетного сечения
!»таллическая конструкция) или рабочей растянутой арматуры

елезобетонная конструкция), используются методы решения

этической задачи, позволяющие определить значения критической
мпературы tcr. Определив критическую температуру, выполняют
плотехническую часть расчета по определению времени (предела
ашстойкости) прогрева до значения tcr.
Статическая задача в этом случае может решаться без построения

вюмогательных графиков и касается определения значения температуры

и предельного состояния конструкции при пожаре.
В отличие от металлических и железобетонных конструкций

рвение статической задачи по определению предела огнестойкости

а:ущих деревянных конструкций сводится к определению предельной

Е'бины обугливания древесины. При достижении глубины обугливания

5>его предельного значения напряжения в расчетном сечении деревянной

ачструкции становятся равными нормируемому пределу прочности

.«весины (расчетному сопротивлению по определению предела

нестойкости деревянных конструкций), что приводит к наступлению

.«дельного состояния по несущей способности конструкции при пожаре.
Определение предельной глубины обугливания древесины может выполняться

{ графоаналитическим методом, так и с использованием разработанных графических
253

зависимостей расчетных параметров, позволяющих найти искомую глубину обугливания

для предельного состояния конструкции.	|
Более подробно различные методы решения статической задачи! Я

рассматриваются в разделах 5, 6, 7.	—

laздел 5. ОГНЕСТОЙКОСТЬ

, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
?
о/. Виды, область применения и особенности работы

кталлических конструкций
Ь современной практике строительства металлические конструкции

((альные и алюминиевые) находят широкое применение. Это объясняется

м, что метал\ благодаря высокой прочности, надежности работы при

[«личных видах напряженного состояния и долговечности способен

В'принимать значительные нагрузки. Металлические конструкции (МК)

льются индустриальными, т.е. изготавливаются на специализированных

:!»одах. Отдельные части (отправочные марки) большепролетных

инструкций транспортируются до места возведения сооружения,

цитируются на строительной площадке и устанавливаются в проектное

иножение с использованием подъемно-транспортных средств. Сплошность

]чгериала и соединений позволяет выполнять водонепроницаемые и

•ганепроницаемые конструкции.
Высокая прочность, надежность, индустриальность в изготовлении

. с учетом принципов унификации и стандартизации их элементов,

[.нспортабельность, небольшие сроки при монтаже, относительная

1кость по сравнению с железобетонными конструкциями определяют

шомичность использования МК в строительстве.
Кроме того, МК удобны в эксплуатации, так как легко

юнтируются и могут быть усилены во время проведения

конструкционных работ в случае увеличения эксплуатационных

яирузок. Однако МК обладают такими недостатками, как подверженность

^действию коррозии (кроме алюминиевых сплавов), что требует

социальных мероприятий по защите, а также малой огнестойкостью при

г(.пературах выше 400°С для сталей и выше 200°С для алюминиевых

сшвов.
Наиболее широко применяются стальные конструкции при

сгаительстве одноэтажных, одно- или многопролетных производственных

з^ий; несущих каркасов высотных зданий; большепролетных зданий

оЦественного назначения (выставочные павильоны, спортивные и

арлщные сооружения); зданий специального назначения (ангары, эллинги,

эеисборочные цехи); сооружений башенного и мачтового типа (башни и

м!ты для радиосвязи и телевидения, буровые и нефтяные вышки и т.л ):

■улетных строений мостов, путепроводов и эстакад; промышленных

ссружений из листовых конструкций (резервуары, газгольдеры, бункера,

сюсы, доменные печи и т.д.).
255

Стоимость конструкций из алюминиевых сплавов в 5-8 раз выше

стоимости конструкций из стали [51]. Поэтому из алюминиевых сплавов

изготовляют кровельные и стеновые панели, витражи остекления, каркасы

сборно-разборных зданий и сооружений, листовые конструкции и

трубопроводы для агрессивных жидкостей, а также большепролетные

конструкции, для которых большое значение имеет снижение

собственного веса и конструкций для сооружений, возводимых в

труднодоступных районах.
Для производства МК используются малоуглеродистые и

низколегированные стали.
По прочности различают следующие группы сталей: обычной

прочности - малоуглеродистые стали с пределом текучести 230 МПа и

временным сопротивлением (пределом прочности) 380 МПа; повышенной

прочности - низколегированные с пределом текучести 290-400 МПа и

временным сопротивлением 440-520 МПа; высокой прочности •

низколегированные, среднелегированные и термически упрочненные с

пределом текучести 450-750 МПа и более, и временным сопротивлением If

600-850 МПа и более.	/1 '
Для изготовления алюминиевых конструкций применяются !j^

следующие сплавы: алюминиево-марганцевые; алюминиево-магниевые;1!,^

кремнемагниевые; цинкомагниевые и медномагниевые.	1J
Стальные и алюминиевые конструкции изготавливаются из

прокатных, холодногнутых или прессованных полуфабрикатов и изделий с

указанием их основных геометрических размеров. Сортамент включаете

себя две основные группы этих полуфабрикатов - листовые и фасонные]

(швеллер, двутавр, утолки, трубы, канаты).	| ~
Для соединения отдельных элементов МК применяются сварньи

болтовые и заклепочные соединения. Выбор вида соединения зависйтот]

вида напряженного состояния соединяемых элементов, величины-и

характера действующей нагрузки, условий работы соединения и т.д. }

Наиболее распространенными и экономичными являются сварные

соединения. Для их выполнения, по сравнению с болтовыми|и

заклепочными соединениями, требуется меньше времени и металла. 1

Сварные соединения (рис. 5.1) имеют высокую прочность и могут

выполняться как в заводских условиях (автоматическая и

полуавтоматическая сварка), так и непосредственно на строительной

площадке (ручная сварка). Недостатками сварных соединений являются

деформация изделий от усадки сварных швов и возникновение остаточных

напряжений в конструкциях. Методика расчета сварных соединений,

работающих в различных условиях напряженного состояния при

эксплуатации, дана в [52]. При этом сварные соединения, воспринимающие

сдвигающие усилия, рассчитываются по сечениям металла шва и металла

границы сплавления (рис. 5.1),
Болтовые соединения (рис. 5.2,а) применяются для выполнения

рабочих и монтажных соединений, воспринимающих усилия растяжения,
256	!
I

Рис. 5.1. Сварные соединения элементов металлических конструкций:
1-стыковой шов, б, в-фланговый угловой шов: г- схема расчетных сечений; 1-сечение по

металлу шва: 2-сечение по металлу границы сплавления
катия или сдвига. Эти соединения просты и надежны, однако требуют

|льшего расхода металла на конструкцию вследствие ослабления сечений

(верстиями. Из-за зазоров между болтом и отверстием соединения,

|ботающие на сдвиг, обладают податливостью (деформативностью). В

(роительных конструкциях применяют болтовые соединения грубой,

фмальной и повышенной точности. Величины зазоров между болтом и

шерстием составляют для болтов грубой точности - 2-3 мм, а нормальной

■чности - 0,3-0,5 мм. Вследствие небольшой величины предварительного

.тяжения болтов и наличия зазоров эти соединения деформативны,

■этому используются в неосновных соединениях, например, в фонарных

инструкциях, связях и т.д. С целью уменьшения деформативности

нименяют болты повышенной точности, диаметр которых равен диаметру

1верстия.
При определении количества болтов грубой, нормальной и

1'вышенной точности, воспринимающих сдвигающее усилие в соединении,

( ределяют минимальное значение несущей способности одного болта,

йиходящегося на один срез, из условия смятия стенок отверстия

(единяемых элементов и из условия среза самого болта [52]. При этом

{итывается количество срезов, приходящихся на один болт и

Ьффициент условия работы соединения.
Высокопрочные болты изготавливаются из высокопрочных

‘рмически упрочненных углеродистых или легированных сталей. Такие

Мты обеспечивают передачу сдвигающего усилия через трение,
|зникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов.

1я обеспечения надежности работы соединения болты затягиваются

|ециальным тарировочным ключом, а для увеличения сил трения

*верхности элементов в месте стыка обрабатываются стальными щетками,
I арцевым песком, карборундовым порошком и т.д. [52].

ЧИН
N/2
—I N
I
a	6
Рис 5.2 Соединения элементов металлических конструкций:

а - односрезное болтовое; б-двусрезное заклепочное
Болты повышенной точности и высокопрочные болты

используются в ответственных рабочих и монтажных соединениях при г

изготовлении основных несущих конструкций. В конструкциях, [

воспринимающих динамические нагрузки, используются заклепочныТ

соединения (рис. 5.2,6). Диаметр отверстий для установки заклепок на I
1-1,5 мм больше диаметра заклепок. В соединениях заклепки ставят горячим f

или холодным способом. Предпочтение отдают горячему способу (заклепка

перед помещением в отверстие пакета нагревается до температуры

800 - 1000 °С), так как при остывании стержень заклепки укорачивается и

плотно стягивает между собой соединяемые элементы. Удары

пневматического молотка по головке заклепки, установленной в отверстии,

увеличивают диаметр стержня заклепки, плотно заполняющего отверстия

соединяемых элементов. Расчет заклепочных соединений, работающих на

сдвиг, аналогичен расчету соединений с использованием болтов грубой,

нормальной и повышенной точности. При этом диаметр заклепки

принимается равным диаметру отверстия. В отличие от болтовых

соединений, соединения с применением заклепок используются только для

восприятия сдвигающих усилий Алюминиевые болты и заклепки

изготовляют из алюминия той же марки, что и соединяемые элементы^

Заклепки из алюминиевых сплавов ставят в холодном состоянии.	J
В несущих алюминиевых конструкциях могут использоваться

стальные болты нормальной и повышенной точности, а также

высокопрочные болты. При этом, для того чтобы исключить

электрохимическую коррозию при соприкосновении алюминия со

стальными болтами последние должны быть оцинкованы или кадмированы.
Правила размещения заклепок и всех видов болтов (в том числе

высокопрочных) одинаковы и даны в [52].
В качестве ограждающих конструкций в зданиях

производственного и общественного назначения применяются утепленные

и холодные панели с использованием стальных или алюминиевых листов и

элементов каркаса, выполненных из этих материалов.	{
Легкие теплые кровли, уложенные на металлические стропильные

фермы, состоят из стального профилированного настила, эффективного
258

1еплителя, асфальтовой стяжки и 3-4-х слойного рубероидного ковра на

бтумной основе (рис. 5.3,а) (53].
Кровельные конструкции крепятся к прогонам в виде прокатных

1,и гнутых швеллеров, прикрепленных к верхним поясам ферм в узлах

1ис. 5.3,6), или непосредственно укладываются на верхние пояса ферм.

Ьофилированный настил крепится к прогонам и верхним поясам ферм

(монарезающимися болтами диаметром б мм с шагом 300 мм. Стыки

иофилированных настилов выполняются с применением заклепок

/аметром 5 мм.
uwuvvvv
и 4
lie 5.3. Конструктивные реше-

1 ниякроми:
I - утепленная кровля; б- узел

эепления утепленной кроали;
г,	д • узлы крепления холодной

ювли; 1 - рубероидный ковер;
2-	асфальтовая стяжка;
3-утеплитель;
-	профилированный настил;
5-прогон; 6 - уголок;
7 * самонарезающийся болт;
8-ферма; 9-балка;
10 - железобетонная плита;
//-стальнойлист; /2-скоба
В неотапливаемых зданиях^ сооружениях профилированный

ильной или алюминиевый настил непосредственно крепится к прогонам,

(ирающимся на несущие конструкции покрытия (рис. 5.3,в). Кровельные

шетрукции рассчитываются на поперечный изгиб, а стеновые панели - на

Сатие с изгибом. При использовании в качестве несущих конструкций

(альных балок на них укладываются железобетонные плиты, а также

ильной настил толщиной 6-14 мм, которые привариваются к балкам. В

:висимости от отношения расчетного пролета стального настила к его

Елщине, настил рассчитывается на поперечный изгиб, растяжение или

^стяжение с изгибом.
‘ 2473
259

Балками называются конструктивные элементы сплошного сечения,

работающие на изгиб. С помощью металлических балок в многоэтажных

зданиях гражданского и промышленного назначений перекрываются

пролеты от 6 м до 18 м, а в одноэтажных промышленных зданиях

используются несущие балки покрытий пролетом до 24 м. Кроме этого,

металлические балки применяются для путей под мостовые краны и

подвесного транспортного оборудования, а также в качестве несущих

элементов эстакад, рабочих площадок и других сооружений. По

статической схеме различают балки разрезные и неразрезные.

Неразрезные балки и однопролетные балки с жесткой заделкой в опорных

частях менее металлоемки, но менее экономичны в изготовлении и при

монтаже.
По типу сечений стальные балки бывают прокатными и составными,

а алюминиевые балки могут быть прессованными и составными

(рис. 5.4,а - г,е) [54]. При пролетах до 6 м целесообразно применять

стальные балки из гнутых профилей швеллерного или коробчатого сечения

(рис. 5.4,д).	«
А
г	д	е
Рис. 5.4. Сечения балок;	I
а- прокатных (двутавр, швеллер); б- прессованных (двутавр, швеллер); в - составных

(сварных); г- составных (клепаных); д - гнутых; е- составных (коробчатого сечения)
Наиболее экономичными являются прокатные балки в виде двутавра

и швеллера, которые применяются в качестве несущих элементов покрытий

и перекрытий, ригелей фахверка, подкрановых балок для кранов с

небольшой грузоподъемностью. Расчет таких балок для эксплуатационных

условий выполняют по предельным состояниям первой и второй групп. При

этом для ряда случаев при расчете на прочность сечения, где действует

максимальный изгибающий момент, учитывается развитие пластических

деформаций [52]. В сечении, где действует максимальная поперечная сила,

необходима проверка прочности стенки балки на срез от действия

касательных напряжений. В зависимости от назначения балок прогиб таких

конструкций не должен превышать 1/200-1/600 их пролета [52]. Кроме
tl
X
ft
а
Г*
tt.
I*:
I
lar
t
b

ззго, для прокатных балок характерна потеря их общей устойчивости.

Ьи этом происходит кручение балки, отклонение ее поясов в плане

шс. 5.5). Потеря общей устойчивости балки исключается в том случае,

«ли действующая на нее нагрузка передается через железобетонные

1иты, а также плоский стальной или профилированный настил,

гикрепленные сваркой или болтами (жесткое соединение) к сжатому

гясу балки вдоль всей ее длины. Однако из-за ограниченности сортамента

юкатных и прессованных балок для восприятия больших нагрузок

]именяют балки составного сечения (рис. 5.4,в,г,е).
Рис. 5.5. Потеря общей устойчивости консольной балки
Общая устойчивость балки также сохраняется, если отношение

,f j by не превышает значений, указанных в [52], где 1С/ - расчетная
ина балки, by - ширина полки балки.
Составные балки выполняются в основном двутаврового сечения, а

глучае возникновения крутящего момента, вызванного эксцентрично

шложенной эксплуатационной нагрузкой, применяют балки коробчатого

нения. Для изготовления составных балок применяют прокатные

нльные листы, а в ряде случаев и фасонную сталь в виде прокатных

рлков. По способу соединения между собой элементов составные балки

[зделяются на сварные и клепаные (рис. 5.4,в,г,е). Наиболее экономичным

менее трудоемким является сварное соединение. Клепаные балки

шменяются под тяжелые вибрационные и динамические нагрузки.
Экономичным решением при проектировании составных балок

|\яется компановка их сечений из элементов с разными марками стали, а

1кже изменение сечений балок вдоль ее пролета за счет уменьшения

5\щины и ширины полок. В расчетном сечении наибольшие нормальные

^пряжения при поперечном изгибе воспринимаются полками, которые
261

Рис. 5.6. Перфорированная балка, изготовленная путем разрезания

и сварки стенки прокатного двутавра
могут выполняться из более прочной низколегированной стали, а стенка,

воспринимающая небольшие напряжения, изготавливается из менее

прочной и более дешевой углеродистой стали.
В последнее время в строительстве применяются балки с

перфорированной стенкой, которые используются при больших пролетах

и малых нагрузках (рис. 5.6). Такие балки получают в результате разрезания

двутаврового горячекатанного профиля ломаной линией в продольном

направлении. Затем обе части соединяются между собой сварными швами.

При этом полученная балка имеет большую высоту сечения (на 50% от

высоты исходного профиля), что позволяет без изменения

материалоемкости увеличить прочность и жесткость конструкции по

сравнению с исходной балкой. Применение перфорированных балок

позволяет получить экономию стали до 20-30% [53].
Расчет составных балок на действие нормальных и касательных

напряжений, а также проверка жесткости конструкций, выполняются

аналогично прокатным балкам. Учет развития пластических деформаций

при расчете сечения балки на действие нормальных напряжений возможен ;

только в том случае, если удовлетворяются условия, зависящие от ];

отношений: ширины полки к ее толщине; высоты стенки к ее толщине и ;

величины касательных напряжений в месте наибольшего изгибающего

момента [52].
В сварных составных балках необходим расчет прочности сварных

швов, соединяющих полки балки со стенкой на действие сдвигающих

усилий. Помимо потери общей устойчивости, для составных балок

возможна потеря местной устойчивости, которая характеризуется

выпучиванием отдельных участков сжатой полки или стенки (рис. 5.7,а).

Потеря местной устойчивости может произойти раньше потери общей

устойчивости или прочности конструкции. Потеря местной устойчивости

может произойти от нормальных напряжений (<т ) в зоне действия 1^

максимального изгибающего момента (Мши), касательных напряжений (т )
262

ис 5.7. Потеря местной усгой-

«осш балки составного сечения:

жатой полки и стенки; б- зоны,

в которых возможна потеря

есгаой устойчивости балки от

действия нормальных и

касательных напряжений
.ионе действия максимальных поперечных сил Q ) и при совместном их

Йствии (рис. 5.7,6). Кроме этого, потеря местной устойчивости может

яэлюдаться от действия сосредоточенных сил при опирании на верхнюю

мку составной балки вышележащих конструкций (рис. 5.8). Общая

угойчивость составных балок обеспечивается жестким соединением

»лезобетонных плит или стальных настилов с верхними полками балок, а

жже уменьшением шага жестко опирающихся на составные балки
Рис 5.8. Опирание балки из прокатного

профиля на балку составного сечения
263

вышележащих конструкции или введением дополнительных связей.

Эффективным способом повышения местной устойчивости тонкостенных

элементов составной балки является укрепление их ребрами жесткости.

Стенку балки разделяют горизонтальными и вертикальными ребрами на

отдельные отсеки (рис. 5.9). Ребра крепятся к стенке балки сварными швами

высотой 4-6 мм. Устойчивость сжатых полок обеспечивается усилением их

стальными листами или прокатными уголками, соединенными с полкой

сварными швами.
Система несущих балок, образующих покрытие или перекрытие

зданий, а также используемая для создания рабочих площадок, называется
ребро
Рис 5.9. Расстановка ребер

жесткости в балке:

а - поперечные ребра;

б-дополюггельные
поперечные ребра;

в - поперечные и продольные

ребра
балочной клеткой. В практике строительства применяют следующие типы

балочной клетки: упрощенные, нормальные и усложненные (рис. 5.10). —
В упрощенной балочной клетке (рис. 5.10,а) нагрузка через настил II

передается на балки, а с балок - на нижерасположенные несущие '

конструкции (стены, колонны и т.д.).
В нормальной балочной клетке (рис. 5.10,6) нагрузка через настил И

передается на вспомогательные балки (балки настила), с вспомогательных Ll*-

балок - на главные балки. Вспомогательные балки могут опираться на О1

верхние полки главных балок, в одном уровне с верхними полками главных Г

балок или на нижние полки этих балок. Усилия от главных балок \ №

передаются на нижерасположенные несущие конструкции.	j ; t
В усложненной балочной клетке (рис. 5.10,в) настил опирается на i J1K

вспомогательные балки(балки настила), расположенные вдоль главных

балок. Вспомогательные балки опираются на более мощные |]

вспомогательные балки, расположенные поперек главных балок й])!»!,

соединенных с этими балками. Усилия от вышележащих конструкций gf:

передаются главными балками на нижние опорные конструкции.	(Г'-'-
264

Рис 5.10. Типы балочной клетки:

а - упрощенная; б- нормальная; в - усложненная; 1 - настил покрытия или перекрытия;
2-главная балка; 3-вспомогательная балка
В балочных клетках шаг главных балок принимается от 6 до 9 м,

щомогательных балок, опирающихся на главные, - от 1,5 до 3 м, а балки

1стила проектируются с шагом 0,5-1,2 м.
Выбор типа балочной клетки зависит от конструкции перекрытия,

1личия технологического оборудования, подвесного потолка и других

(кторов.
На рис. 5.11 показаны варианты конструктивного решения опор

юкатных и составных балок на стены, на главные балки балочной клетки

на стальные колонны. В основном применяются шарнирные соединения с

шользованием болтов грубой и нормальной точности.
Жесткие соединения балок с колоннами предусматривают в случае

гоектирования рамного каркаса, а также, если балка перекрытия

гполняет одновременно функцию распорки в вертикальных связях

•ркаса (рис. 5.12,а). На рис. (5.12,6) показано конструктивное решение

гсткого соединения балок между собой.
Основными несущими конструкциями покрытия являются

оопильные фермы (рис. 5.13). Фермой называют решетчатую сквозную

шструкцию, состоящую из отдельных прямолинейных стержней,

порые соединяются между собой в узлах. В зависимости от
265

сварной шов т
{
Рис 5.11. Шарнирное опирание балок:

а - на стену; б-г- на главные балки; д, е-на колонну
£
i
б
266
Рис 5.12. Жесткое сопряжение балок:

а - с колонной,

б - с балкой
1

г
Рис 5.13. Стропильные фермы:

а - сегментного очертания; б-треугольного очертания;

в - трапецеидального очертания; г- с параллельными поясами
шструктивной схемы здания фермы могут опираться на несущие стены,

ильные или железобетонные колонны. С помощью стропильных ферм

грекрываются пролеты 18, 24, 36, 42, 48 м при шаге конструкций 6, 9 и

1м. В отдельных случаях с помощью ферм перекрываются пролеты до 120

иЕсли продольный шаг колонн больше расстояния между стропильными

йрмами (шаг ферм), то в этом случае часть стропильных ферм опирается

в подстропильные фермы. Фермы используются не только в качестве

Енструкции покрытия, но и в качестве подкрановых и связевых

шструкций. Фермы применяются в сооружениях, характеризующихся

зачительной величиной (до 120 м) перекрываемого пролета (ангары,

вкзалы, спортивные залы, стадионы и т.д.), в конструкциях эстакад и

1^бопроводов. С использованием ферм выполняются башни, мачты, опоры

ЛП и т.д.
Конструкция покрытия по фермам может быть с применением

югонов или беспрогонной. В первом случае по верхним поясам ферм (в

»стах узловых соединений элементов верхнего пояса) укладываются
267

стальные прогоны, на которые опираются ограждающие кровельные

конструкции. При шаге ферм 6 м используются прогоны из прокатных [

двутавров и швеллеров, а при шаге ферм 12 м прогоны выполняют из j

гнутых швеллеров.
Во втором случае кровельные конструкции в виде железобетонных

панелей или стального настила непосредственно укладываются на верхние

пояса ферм.	I
В основном фермы работают на изгиб от действия внешней

вертикальной нагрузки, как правило, приложенной в узлах. При этом :

верхние пояса работают на сжатие, нижние - на растяжение, а элементы .

решетки (раскосы, стойки) в зависимости от сочетания действующих !

внешних нагрузок - на растяжение или сжатие. В своей плоскости ферма

является жесткой конструкцией, а устойчивость ее элементов из плоскости

фермы обеспечивается системой связей и элементами покрытия.
Геометрическая схема фермы определяется очертанием поясов и |

видом решетки. Теоретически выгоднейшее очертание фермы ■

соответствует очертанию эпюры балочного момента от невыгодного

загружения. Поэтому наиболее экономичными по расходу материала

являются фермы сегментные и полигонального очертания, однако эти

фермы сложны при изготовлении (рис. 5.13,а). Такие фермы используются ^

для штучных и рулонных кровельных покрытий. Фермы треугольного я

очертания (рис. 5.13,6) используются при пролетах зданий до 36 м и ^

кровлях, выполненных с применением стального или волнистого М

асбестоцементного листа, черепицы и т.д. Трапецеидальное очертание j

наиболее часто применяется для стропильных ферм (рис. 5.13,в), а

прямоугольное очертание (ферма с параллельными поясами) является

преимущественным очертанием для связевых ферм (рис. 5.13,г).
Высота ферм из условия минимальной металлоемкости и требуемой

жесткости составляет 1/5-1/12 ее пролета и зависит от очертания

конструкции. Решетка, обеспечивающая неизменяемость конструкции и

узловое приложение нагрузки, принимается в зависимости от очертания ,

фермы. Расстояние между узлами решетки по верхнему поясу называется

панелью фермы и составляет 1,5 или 3 м. Наиболее распространенной jj-

является треугольная решетка с уклоном ее раскосов под углом 45-50“ к у

нижнему поясу (рис. 5.14,а).
Недостатком треугольной решетки является значительная длина !,

панелей поясов, особенно в большепролетных фермах. Для уменьшения f

длины панелей в таких фермах предусматривают установку стоек (рис.

5.14,6). В треугольной решетке восходящие раскосы работают на сжатие, а

нисходящие раскосы - растянуты (рис. 5.14,а-г). Восходящие опорные

раскосы имеют подкосы, предохраняющие первые панели верхних поясов л(,

от возможных повреждений во время транспортирования ферм и при их

монтаже (рис. 5.14,а). Опорные стойки изготовляются отдельно от ферм и

соединяются с ними болтовыми соединениями в проектном положении I,.

конструкций. При небольших высотах ферм возможно использование

опорный
треугольная; б-треугольная с дополнительными стойками; в - раскосная с нисходящими

раскосами; г- раскосная с восходящими раскосами; д - с крестовой решеткой
акосной решетки, элементы которой расположены под углом 35-45° к

ркнему поясу (рис. 5.14,в,г). Целесообразно проектировать решетку так,

«бы раскосы были растянуты, а стойки при этом - сжаты. Крестовую

егетку применяют в фермах, работающих на знакопеременную нагрузку,

чкой решетке раскосы работают только на растяжение (рис. 5.14,<)).

)[более распространенными в практике строительства являются фермы,

иенты которой выполнены из парных стальных прокатных уголков или

груб.
Примерами таких конструкций являются типовые стропильные

|>мы, разработанные научно-исследовательским институтом

МИПроектстальконструкция. Фермы с применением стальных уголков

ирведены в серии 1.460-2 - для кровли из железобетонных ребристых плит

и 1460-4 - для кровли из стального профилированного настила.
Элементы решетки таких ферм стыкуются с элементами верхнего и

шкнего пояса с помощью фасонок, к которым эти элементы крепятся

с:юными швами (рис. 5.15). Для обеспечения совместной работы уголков

сев соединяются между собой по длине прокладками. Фермы пролетом 18

ill м состоят из двух отправочных марок, а пролетом 30 и 36 м - из трех

ояравочных марок. На строительной площадке отдельные отправочные

маки соединяются между собой в укрупнительных узлах болтами грубой

тчности и монтажной сваркой (рис. 5.16).
По сравнению с фермами из парных уголков фермы из труб имеют

преимуществ: радиус инерции трубчатых элементов во всех

маравлениях одинаков и при меньшем периметре этих элементов его
з.ячение больше, чем у элементов, выполненных из парных уголков;

эменты решетки крепятся к поясам сварными швами без применения

фйонок (рис. 5,17, 5.18), масса таких ферм по сравнению с фермами из

утков ниже на 20-30% [55].
269

узел 1(вариант 1П
Рис 5.16. Укрупнительные узлы ферм:

а - схемы ферм и положение их при перевозке; б-в - укрупнительные узлы
б	г
Рис 5.17. Стыковые соединения элементов трубчатых ферм:

а - встык на подкладном кольце; б - косым швом; в - при помощи фигурных накладок;

г-при помощи торцевых прокладок
271

Рис. 5.18. Опорные узлы трубчатых ферм:
а,	б-с использованием стальных
листов; в-с использованием трубы
Сжатые элементы верхних поясов и элементов решетки

рассчитываются на сжатие из условий прочности и устойчивости. При

этом расчетные длины этих элементов для определения их гибкости в

плоскости и из плоскости фермы определяются по табл. 5.1.
Таблица 5.1
Расчетные длины элементов фермы
Продольный изгиб
Наименование элементов
элемента
Опорные
Элементы из труб
Прочие
Пояса
раскосы и
:о сплющенными
элементы
К
стоики
концами
решетки \
В плоскости фермы
t
/
0,95/
0,8/ j
Из плоскости фермы
t,
л
0,95/
t III
В табл. 5.1: ( - расстояние между узлами фермы (геометрическая длина’

элемента); £ t - расстояние между узлами, закрепленными от смещения из —

плоскости фермы.
Расчянутые элементы нижнего пояса и решетки рассчитываются на (ten

прочность. Гибкость сжатых и растянутых элементов фермы не должна ft

превышать предельного значения, приведенного в [52]. Расчетом на прочность |5ц

проверяются узловые соединения отдельных элементов конструкции.
272
I

Колонны служат для передачи эксплуатационной нагрузки от

ишерасположенных конструкций покрытия и перекрытия через

(гндаменты на грунт. Колонна состоит из трех основных частей (рис.

319,а): оголовка, на которой опираются вышележащие конструкции;

иржня, воспринимающего нагрузки; базы, передающей давление колонны
Рис. 5.19. Колонны:
.центрально - сжатая сплошного постоянного по высоте сечения; б- центрально - сжатая

лсвозного постоянного по высоте сечения;в- ступенчатая центрально-сжатая; г-то же

■яецентренно-сжатая; д-типы сечений сплошных колонн; е-типы сечений сквозных
колонн
Hi фундамент. Металлические колонны изготавливаются из стали.

Аэминиевые сплавы из-за их низкого модуля упругости применяются для

мюнагруженных колонн в сборно-разборных зданиях.
Различают колонны с постоянным и переменным (ступенчатым) по

тготе сечением; сплошным и сквозным сечением, а по способу

котовления - сварные и клепаные (рис. 5.19,а,б). Колонна,

^принимающая усилие от нагрузок, приложенное в центре тяжести

сения, называется центрально-сжатой (рис. 5.19,в). Если продольная сила

ысовпадает с центром тяжести сечения или к стержню приложены
9J73
273

поперечные нагрузки (ветер, тормозные усилия от крана), то кроме сжатия

возникает поперечный изгиб и колонна, работающая на внецентренное

сжатие, называется внецентренно-сжатой (рис. 5.19,г). Выбор типа колонны

определяют минимальным расходом металла и наименьшей трудоемкостью

изготовления. Сплошные и сквозные колонны, имеющие стержни

постоянного сечения, наиболее распространены при центральном сжатии.

При этом сплошные колонны применяют при больших нагрузках и

небольших высотах, а сквозные - при больших высотах. Поперечные

сечения сплошных центрально-сжатых колонн показаны на рис. (5.19,<)).
Широко применяются двутавровые сечения, выполненные из

прокатного обычного и широкополочного профилей, а также сварные,

выполненные из отдельных элементов. Недостатком таких профилей г

является их меньшая устойчивость относительно оси У. Наиболее

рациональными, с точки зрения равноустойчивости, являются замкнутые

сварные и трубчатые сечения.
Стержни сквозных колонн состоят из двух или более ветвей (рис.
5.19, е), которые соединяются между собой системой планок или решеток

(рис. 5.19,б-г,е). Вид профиля, из которого выполняются ветви колонны,

зависит от нагрузки, воспринимаемой конструкцией. При нагрузках от

1500 кН до 2500 кН применяются швеллеры, а при нагрузках до 4000 кН-

двутавры [56].	^
Соединительные планки применяются в колоннах с расчетной

нагрузкой до 2500 кН. При больших нагрузках используется раскосная

решетка с распорками и без них, выполненная из одиночных уголков с ш.

гибкостью А<150 (рис. 5.19,в,г). Колонны со сплошным сечением PI

рассчитываются на прочность и общую устойчивость с учетом наибольшей

гибкости, которая зависит от расчетной длины и радиуса инерции вдоль

осей X и У. При определении расчетных длин учитываются условия

закрепления концов колонны [52]. Сплошные сварные сечения

рассчитываются только на общую устойчивость, а сечения, ослабленные

отверстиями, рассчитываются из условия прочности. Элементы сплошного

сечения колонн (стенка, свесы полок) должны быть запроектированы таким .,

образом, чтобы была обеспечена их местная устойчивость. Для Зт

обеспечения местной устойчивости свесов полки и стенок двутаврового

сечения необходимо выполнять условия предельного отношения расчетной
'Я ■[
ширины свеса *е/-или расчетной высоты стенки h^ к их толщинам [52]

Если эти условия невозможно выполнить, свесы полки усиливают

окаймлением, а стенка - поперечными и продольными ребрами (рис. 5.20). ■
Ветви сквозных колонн, имеющих ослабления (при крепления

раскосов или планок заклепками или болтами), проверяются на прочность felp

Стержень колонны должен быть также рассчитан на устойчивость fc*

Стержень колонны, состоящий из двух ветвей в виде швеллеров, имеет жец

материальную ось X, пересекающую ветвь и свободную ось К,

пересекающую раскосы или планки (рис. 5.19,е). Расчет гибкости стержня ^

,1
И- 5.20. Усиление свеса

оки и стенки колонны

тошного сечения
окаимление
Uf «шозной колонны относительно материальной оси аналогичен расчету

”1>кости колонны сплошного сечения, а относительно свободной оси

жеделяют приведенную гибкость, которая зависит от конструкции

идинения ветвей (раскосами или планками).
В предельном состоянии центрально-сжатого стержня, когда

ирдольная сила достигает критического значения, наблюдается

И.ривление стержня, что вызывает в нем изгибающий момент (М), и как

ядствие этого, - поперечную силу (Qt), которая называется условной. На

дютвие этой поперечной силы выполняется расчет раскосов из условия

точности и устойчивости.
В случае применения соединительных планок последние

(считываются на поперечный изгиб и срез от действия условной

Керечной силы Qt (рис.5.19,6). Выполняется также расчет соединения

косов или планок с ветвями стержня колонны.
В общем случае внецентренно-сжатые колонны воспринимают

|дольное усилие сжатия, а также изгибающие моменты и поперечные

ы, действующие относительно осей X и У. Для одноэтажных

('мышленных зданий изгибающий момент и поперечная сила

^осительно оси X определяются в результате статического расчета

черечных рам здания, а относительно оси У - на основании расчета

^дольных рам, расположенных вдоль здания.
Сплошные симметричные сечения внецентренно-сжатых колонн

^меняются при действии изгибающих моментов в двух плоскостях, т.е.

этэсительно оси X и У (рис. 5.19,д). При больших усилиях с односторонним

м-шентом проектируются несимметричные сечения (рис. 5.21,а). Стержень

т'аих колонн проверяется на прочность из условия сжатия и действия

шибающего момента в одной или двух плоскостях. При этом нормы [52]

рчрешают учитывать развитие пластических деформаций в расчетном

с е:нии. Кроме этого, проверяется общая устойчивость стержня колонны

Biiлоскости и из плоскости действия изгибающего момента. Для

вгавровых сплошных сечений необходима проверка местной

<)йчивости сжатых полок, а также стенки. Симметричные сечения

(центренно-сжатых колонн применяются при небольших усилиях и

ийбающих моментах, действующих в двух плоскостях (рис. 5.19,е). При

Латвии одностороннего момента более рациональны несимметричные

ое:ния (рис. 5.21,6). Для удобства крепления раскосов ширина ветвей

Г ! 1

	1—
д
X —•
Ul ! J
,у 1=
rr—
-4-
_j_
\у'
Рис.5.21 Несимметричные

сечения внецентренно-сжатыц

колонн:

а - сплошные; б- сквозные
а	б
колонны принимается одинаковой. Сквозная колонна работает подобно'#

ферме с параллельными поясами. На прочность проверяются более и менее

нагруженные ветви конструкции [52]. Ветви колонны проверяют на

устойчивость в плоскости ветви на расстоянии между узлами
соединительной решетки (ef (рис. 5.19,г) и из плоскости ветви с учетом

расчетной длины ветви из плоскости колонны.
На действие поперечных сил проверяется прочность элементов

соединительной решетки и их соединение с ветвями колонны (рис. 5.19, б).
На рис. 5.22 показаны конструктивные решения оголовка и базы

колонны.
5.22. Конструктивные решения

оголовка и базы колонн:

а - оголовок и база колонны

сплошного сечения в виде [

сварного двутавра; б-тоже в

виде трубы; в - то же сквозной

колонны	.1 ,
К плоскостным распорным конструкциям относят арки и рамы. 1

Арка представляет собой конструкцию криволинейного очертания,

Стальными арками перекрываются пролеты от 30 м до 150 м. По очертанию

различают арки: пологие параболические с отношением высоты подъема*

пзлету //^ = 1/4 —1/8 ; прямолинейные с //^ = 1/5 —1/6; полукруглые,

объемистые и стрельчатые //£<1/2 (рис. 5.23).
1с. 5.23. Типы арок по их

очертанию:
Пологая параболическая;

2- прямолинейная;
3- полукруглая;
4 -подъемистая;
5-стрельчатая
Рис. 5.24. Типы арок по статической схеме их работы:

а-трехшарнирная; 6-двухшарнирная; в-бесшарнирная
По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные,

длсшарнирные и бесшарнирные (рис. 5.24).
Наиболее металлоемкими из-за больших изгибающих моментов при

,5,е:твии вертикальной равномерно распределенной нагрузки являются

ч'рсшарнирные арки. Такие арки менее чувствительны к осадкам опор. В

огепарнирных арках эти моменты минимальны, поэтому они самые легкие.

О(ако применение бесшарнирных арок возможно только на

шегформируемых грунтах. Двухшарнирные арки менее чувствительны к

■гпературным и деформационным воздействиям по сравнению с

оппарнирными и более жесткие, чем трехшарнирные.
Кроме этого, в двухшарнирных арках наблюдается более

ршомерное распределение изгибающих моментов. Такие арки
277

экономичны по расходу металла, просты в изготовлении и монтаже, что

способствует широкому применению таких конструкций в строительстве.
Сечение арок может быть как сплошное, так и сквозное (рис. 5.25].

Арки сплошного сечения, применяющиеся при пролетах до 60 м, имеют

высоту сечения (Л) 1/50-1/80 пролета конструкции ((). Сплошное сечение

арок выполняют в виде сварного двутавра, трубы и составных сечений из

двух швеллеров или двутавров, соединенных планками (рис. 5.25,а).
Составные сечения более жестки из плоскости арки, поэтому т.

используют в большепролетных конструкциях.
Сквозные сечения с параллельными поясами применяются в арках

пролетом от 60 м до 150 м. Из-за меньшей жесткости по сравнению со

сплошным сечением высота сквозных сечений составляет 1/30—1/60

пролета. Пояса таких сечений выполняют из уголков, швеллеров, труб и

двутавров. Пояса в сквозных арках соединяются между собой

решетчатыми элементами из одиночных уголков, швеллеров и двутавров

(рис. 5.25,6).
Прочность сплошного сечения в плоскости арки проверяется на

внецентренное сжатие, а из плоскости на сжатие из условия устойчивости.

Сплошные двутавровые сечения проверяются на местную устойчивость

стенки и свесов сжатой полки.
Сечения сквозных арок рассчитываются аналогично сечениям

ферм. При этом усилия в поясах определяются от действия изгибающего

момента и нормальной силы.
Распор арок может восприниматься жесткими опорамя

(рис. 5.24,а,в), а в случае установки арок на колонны или кирпичные стены
-	затяжкой, которая рассчитывается на растяжение (рис. 5.24,6).
Рама состоит из стоек и ригеля прямолинейного, ломаного или к

криволинейного очертания. При шарнирном опирании ригеля на стойки '

последние жестко соединяются с основанием. Жесткое сопряжение ригеля Р

и стоек, а также жесткое соединение стоек с основанием позволяет }

увеличить жесткость конструкции в ее плоскости и снизить ее 0s
h/l -1/50-1/80
j.	^60000-150000	J f<
h/l -1/30-1/60
a
6
Рис. 5.25. Конструктивные схемы и типы сечений двухшарнирных арок:

а - сплошных; 5- сквозных
278

I т т
Hi
ь,	мталлоемкость. Рамы целесообразно проектировать при пролетах

• г-во м.
Различают рамы: трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные

(рс. 5.26). Наибольшие изгибающие моменты от вертикальной равномерно

р:пределенной и сосредоточенной горизонтальной нагрузок наблюдаются

вкарнизах рамы, что способствует увеличению металлоемкости

шструкции (рис. 5.27). Менее металлоемкими являются двухшарнирные

рчы, которые так же, как и трехшарнирные, менее чувствительны к
•	мдкам опор. Самые экономичные по расходу металла - бесшарнирные

1.мы. Однако работа этих конструкций зависит от осадки опор и

-ипературных воздействий. Сечения рам могут быть сплошными и

:возными. Наиболее распространенным сплошным сечением является

тарной двутавр (рис. 5.28). Высоту сечения ригеля сплошных рам

щшимают 1/20-1/40 ее пролета, но не более 2 м. При пролетах более 60 м

9жее экономичными являются сквозные сечения, аналогичные

ршетчатым фермам. Высота сечения ригеля двухшарнирных и

(^шарнирных сквозных рам принимается равной соответственно: 1/8-1/15

«11/12-1/20 пролета. Аналогично аркам, пояса сквозных рам

шготавливаются и соединяются между собой решеткой из прокатных

тков, труб, швеллеров.
■ 2
Рис. 5.26. Типы рам:

а-трехшарнирная; б-двухшарнирная; в-бесшарнирная; 1 - ригель; 2-стойка
■ Распор в рамах воспринимается опорами или затяжкой,

'^положенной на уровне опорных шарниров ниже уровня пола или на

'1вне карнизов (рис. 5.29). Расчет рам выполняется на действие

жнбающего момента, продольной и поперечной сил.
, Наиболее ответственное сечение в рамах расположено в карнизном

с:сряжении ригеля и стойки (рис. 5.30, 5.31), которое рассчитывается на
"77Jr_ Г7777777777777777777777777777771
^	120000 -150000	Ч—
279

Рис 5.29. Расположение затяжки в сквозных рамах на уровне:

а - опор; б-г-карнизов
Рис. 5.30. Узлы сопряжения ригеля со стойкой в сплошных рамах:

а-г- со схосами-вутами; д,е - с криволинейным переходом
Рис 5.31. Узлы сопряжения ригеля со стойкой в сквозных рамах:

а - из уголков; б- из труб; в - на высокопрочных болтах

сжатие с изгибом. Сплошное сечение проверяется на местную

устойчивость, а сквозное сечение рассчитывается аналогично сечениям

решетчатой фермы. Стойки сплошных и решетчатых рам рассчитывают как

внецентренно-сжатые стержни. Затяжка, воспринимающая распор

конструкции, проверяется на прочность при растяжении.
Конструктивные решения коньковых (ключевых) и опорных узлов

арок и рам показаны на рис. 5.32-5.35. Для обеспечения устойчивости арок

и рам из их плоскости используется система вертикальных и
Рис. 5.32. Ключевые шарниры в арках и рамах;

а - сплошных; б-сквозных
f
vWf'-
1^1
Рис. 5.33. Опорные шарниры арок:

а - плиточный; б- пятниковый; в - балансирный
282

Рис 5.34. Узлы опирания сплошных рам на фундамент

а - плитный шарнир; б- цилиндрический шарнир
а, в - плитный шарнир; б- балансирный цилиндрический шарнир
теизонтальных связей, выполненных из прокатных профилей, труб и

метлой стали.
Структуры, относящиеся к пространственным решетчатым легким

.«■аллическим конструкциям (ЛМК), образованы из различных систем

пиекрестных ферм, расположенных в двух или трех направлениях [57].
' В нашей стране получили распространение структурные

инструкции типа «Кисловодск», «ЦНИИСК», которые используются в

щ.рытиях производственных зданий, зданий складского назначения,

Сфтивных и выставочных залах и т.д. (рис. 5.36). Приложенная к такой

гатеме нагрузка перераспределяется в различных направлениях, что

сасобствует, по сравнению с плоскостными конструкциями, уменьшению

учетных усилий в элементах структуры. С помощью таких конструкций
283

Структуры являются много раз статически неопределимыми

деструкциями. Расчет прочности сжатых и растянутых элементов

выолняются подобно решетчатым фермам.
Мембранные покрытия являются частным случаем висячих

деструкций, работающих на растяжение, что является наиболее

б/гоприятным напряженным состоянием для металла. Распор

таиринимается опорным контуром. Особенностью мембраны является то,

тоона совмещает несущие и ограждающие функции и представляет собой

щячую оболочку, выполненную из тонколистового металла - стали или

ал'миниевого сплава. Мембраны позволяют перекрывать пролет до 200 м

щ толщине листа 2 мм. Для обеспечения коррозийной стойкости толщина

итовой стали увеличивается до 3-4 мм; одновременно необходима ее

алмкоррозийная защита. С применением алюминиевого сплава, инертного

крррозии, толщина мембраны назначается из условия ее прочности и

нормативности.
Расчет мембраны выполняется по безмоментной теории, т.е. без

~чга действия изгибающих моментов, которые не воспринимаются гибкой

инговой сталью.
Мембранные покрытия применяются для большепролетных

■рлищных сооружений, например, при строительстве универсального

циона на проспекте Мира в Москве. Размеры пролетов мембраны,
•	екрывающей элиптический план стадиона, равны 224 м и 183 м

5.37).
Листовые конструкции представляют собой различные сооружения

;а оболочек, основой которых являются плоские или изогнутые
= 12,5
7^rSEEP
39
1с. 5 37 Мембранное покрытие

лимпийского универсального

тадиона на проспекте Мира в

Москве:
1 - опорное железобетонное

кольцо(5х1,75м);
2-висячие стальные фермы
•	игой 2,5 м, придающие изгибную

жесткость в радиальном

I направлении; 3-мембрана
толщиной 8 = 5мм

металлические листы. Такие конструкции применяются для хранения]

транспортирования, переработки жидкостей, газов и сыпучих материалов*
Широкое применение листовые конструкции нашли при

строительстве резервуаров для хранения жидкостей (нефти-

нефтепродуктов, кислот и т.д.) и газгольдеров для хранения и выравнивания

состава газов (54]. Конструктивная форма резервуаров зависит от их

назначения и величины внутреннего давления хранимого продукта.
Наземные вертикальные цилиндрические резервуары постоянного

объема применяются для хранения нефти и нефтепродуктов с низкой

упругостью паров (керосин, газолин, дизельное топливо и др.) с внутренним

давлением до 0,002 МПа, поэтому их называют резервуарами низкого

давления (рис. 5.38).
Рис. 5.38. Вертикальный цилиндрический резервуар низкого давления;

а - конструктивная схема; б-схема монтажа
Для хранения нефтепродуктов с высокой упругостью паров

(бензин, нефть и др.) применяются резервуары с повышенным давлением до

0,2 МПа.
286

Резервуары повышенного давления имеют криволинейное

ачртание, что усложняет их конструкцию (рис. 5.39).
1C. 5.39. Резервуары

зышенного давления:

■горизонтальный

цилиндрический;
б-шаровой;

в-каплевидный;

г- многоторовый
Цилиндрические резервуары низкого давления строятся объемом от

1до 50000 м3 и состоят из днища, опирающегося на песчаную подушку,

шуса и покрытия. Толщина днища, работающего на сжатие,

рнимается равной 4-6 мм при диаметре 18 - 25 м. Листы корпуса

з;рвуара также имеют толщину 4-6 мм и воспринимают растягивающие

:\ия от воздействия гидростатического давления хранимой жидкости.

|1ша резервуара, опирающаяся на корпус и стальную стойку,

юлняется из стальных листов толщиной 2,5-3 мм. Конструкция крыши

а:читывается на действие ее собственного веса с учетом термоизоляции,

в’овой и ветровой нагрузок, а также на действие вакуумного давления. В

кте сопряжения корпуса и днища возникает изгибающий момент, на
д,е:твие которого проверяется прочность сварного шва.
К резервуарам повышенного давления относятся вертикальные и

•мзонтальные цилиндрические резервуары (рис. 5.39,а), а также шаровые,

-а\евидные и многоторовые резервуары (рис. 5.39,б-г).
Вертикальные цилиндрические резервуары рассчитывают на

газыточное внутреннее давление 0,025-0,03 МПа. Такие резервуары

енюлняются с плоским или выпуклым днищем и со сфероцилиндрической

шсферической конструкцией кровли.
При достаточно большом внутреннем давлении плоское днище

мксет приподняться или изогнуться. Поэтому нижний пояс корпуса

«керивается в кольцевой ленточный фундамент стальными тяжами

нэз 2-2,5 м. В случае использования выпуклого днища для обеспечения

ршомерного опирания по криволинейному днищу резервуар опирается на

яьокую песчаную подушку.
287

Горизонтальные цилиндрические резервуары проектируются

емкостью до 150 м3 с избыточным давлением 0,04-0,07 МПа при хранении

жидкостей и 0,2-1,8 МПа - при хранении сжиженных газов. Диаметрв

длину таких резервуаров проектируют соответственно до 3,25 ми 18,6 м

Резервуары устанавливают на опоры, а днища могут быть плоскими,

цилиндрического или сферического очертаний.
Шаровые резервуары применяют для хранения сжиженных газов и

низкокипящих нефтепродуктов. Они рассчитываются на избыточное

давление 0,2-0,6 МПа. Шаровые резервуары устанавливают на колонны или

специальное опорное кольцо.
Каплевидные резервуары применяют емкостью 2000-6000 м3 при

избыточном давлении 0,03-0,05 МПа. Такие резервуары являются

равнопрочными в направлениях радиусов кривизны, что способствует

снижению металлоемкости конструкции.
Для хранения, выравнивания состава, перемешивания к

распределения различных газов используются газгольдеры, Такие кт

конструкции подразделяются на два класса: газгольдеры низкого давления

с избыточным давлением до 0,005 МПа и высокого давления, в которых у .

избыточное давление достигает 3 МПа и более. Если в процессе наполнения Г

или опоражнивания изменяется объем емкости при постоянном давлении, тс I

такие резервуары называются газгольдерами постоянного объема.	■
Газгольдеры низкого давления имеют переменный объем и .

подразделяются на мокрые с вертикальными или винтовыми

направляющими и сухие с поршнем или с гибкой секцией.	- 'Л
Газгольдеры высокого давления имеют постоянный объем в

различаются по геометрической форме на - горизонтальные или

вертикальные со сферическим днищем, а также сферические газгольдеры.
Наибольшее распространение получили мокрые газгольдера с

вертикальными и винтовыми направляющими (рис. 5.40). Такие газгольдера

выполняются емкостью от 10000 до 100000м3. Для уплотнения надежных

соединений в мокрых газгольдерах используется вода. Конструкция

мокрого газгольдера состоит из неподвижного цилиндрического

резервуара, заполненного водой, и подвижного стакана - колокола, в

который подается газ.	I
В мокрых газгольдерах с вертикальными направляющими стакан- рт

колокол передвигается по вертикальным направляющим, расположенным

по наружному контуру емкости. Толщина стенок принимается равной 4 мм,

а толщина кровли стакана-колокола - 2,5-3 мм.
В мокрых газгольдерах с винтовыми направляющими перемещение

стакана-колокола осуществляется по винтовой линии с помощью роликов.

Винтовые направляющие расположены на внешней поверхности под утлом

45° и выполняются из гнутого по винтовой линии рельса или двутавра.
Сухие газгольдеры поршневого типа имеют внутри^

передвигающийся поршень. Газ под давлением 0,002-0,004 МПа подается novj

поршень и поднимает его до предельного значения.
288
1-

*ис. 5.40. Мокрый

гаоладер с винтовыми

*аправляющими;

а - общий вид

б -шструкция роликов и

^аовой направляющей;

конструктивная схема
в
Сухие газгольдеры с гибкой секцией (рис. 5.41) более герметичны,

свижной поршень секции соединяется со стенками резервуара с

шцью прорезиненной ткани.
Вертикальные и горизонтальные газгольдеры цилиндрической

:мы, а также шаровые газгольдеры высокого давления аналогичны

рвуарам повышенного давления для хранения жидкостей.
б
Рис 5.41. Сухой газгольдер с гибкой секцией;
| принцип работы; б- конструктивная схема; 1 - поршень; 2- выравнивающие ролики;
3' тросы выравнивающих роликов; 4- гибкая секция из прорезиненной ткани
э	289

5.2.	Поведение металлических конструкций в условиях

пожара
Хотя металлические (стальные) конструкции выполнены из

несгораемого материала, фактический предел их огнестойкости в среднем

составляет 15 мин. Это объясняется достаточно быстрым снижение»:

прочностных и деформативных характеристик металла при повышенных

температурах во время пожара. Обрушившиеся или получившие большой

прогиб металлические конструкции вызывают порчу оборудования, сырьц

готовой продукции и затрудняют решение вопросов эвакуации и .

организации тушения пожара.
Интенсивность нагрева МК зависит от ряда факторов, к которых

относятся характер нагрева конструкций и способы их защиты. В случае

кратковременного действия температуры при реальном пожаре, после 1

воспламенения горючих материалов металл подвергается нагреву более '

медленно и менее интенсивно, чем нагрев окружающей среды. При '

действии «стандартного» режима пожара температура окружающей среды 1

не перестает повышаться и тепловая инерция металла, обуславливающая ;

некоторую задержку нагрева, наблюдается только в течение первых минут 1

пожара. Затем температура металла приближается к температуре '

нагревающей среды [46]. Защита металлического элемента и эффективность i

этой защиты также влияют на нагрев металла.
Высокая теплопроводность металла позволяет предполагать, что

теплоперенос в массе металлической конструкции является равномерным»

мгновенным, поэтому для металла можно не использовать понятия

температурного градиента ни по сечению, ни по длине элементов МК.

Степень нагрева металлической конструкции при пожаре зависит от

размеров их элементов и величины поверхности их обогрева. При

увеличении объема металла и уменьшении поверхности его обогрева

температура элемента снижается. В настоящее время мало изучено >

поведение сварных, болтовых и заклепочных соединений в условиях

пожара. Существующее мнение, что поведение сварного шва при пожаре

аналогично поведению металла соединяемых элементов, нельзя признать i

удачным. Так, в 80% отказ листовых конструкций, используемых при г-

строительстве цилиндрических резервуаров для хранения нефтепродуктов, i

происходит из-за разрушения вертикальных сварных швов, >i

воспринимающих кольцевые усилия растяжения.	л
Снижение прочности на срез стального болта или заклепки, э

находящихся в условиях пожара, приводит к разрушению соединения, а А

снижение прочности стали соединяемых элементов на смятие увеличивает 1Ц

его деформативность. На поведение болтовых и заклепочных соединений в д

условиях пожара оказывает влияние значения коэффициента rj

температурного расширения стали соединяемых элементов, а также болтов :i

и заклепок.	' I
290	1
ii

1 Наибольшую опасность при пожаре представляют собой

>/тпленные ограждающие конструкции. В качестве утеплителя часто

пользуются полимерные горючие материалы: пенополистирол,

пиополиуретан, пенопласт, сотопласт и др. При загорании утеплителя

спьные элементы ограждающей конструкции оказываются в зоне

ввдействия пламени. Анализ пожаров в производственных зданиях с

изменением таких ограждающих конструкций показал, что покрытия

*-ююра\и на значительных площадях (десятки тысяч м2) за 20-25 мин.

Орбенно интенсивно развивался пожар на кровле при возникновении

лга пожара внутри здания. Распространению огня по кровельным

^(аждающим конструкциям способствует применение рулонных

аооизоляционных материалов на битумной основе. В процессе натурных

шквых испытаний, проведенных в г.Очаково, Набережные Челны, Бухаре,

иввилось, что при среднеобъемной температуре 280°С температура под

ш^филированным настилом достигает 380°С. При такой температуре

нялюдается плавление и воспламенение полимерного утеплителя, его

даенсивное горение с выделением токсичных продуктов. Быстрый рост

гапературы приводит к обрушению покрытия уже через 7 мин после

^рания кровли. Наиболее быстро воспламеняются участки кровли,

шрмыкающие к стенам здания, что способствует быстрому

рространению пламени (до 20 м/мин) по всему покрытию. Обрушение

I нждающих конструкций при пожаре происходит за счет исчерпания

(ущей способности ее несущих элементов, а также соединений

ментов конструкции между собой и с несущими конструкциями

орытия или каркаса здания. Замена сгораемых материалов, применяемых

1честве утеплителя, на несгораемые, способствует снижению пожарной

Ясности ограждающих конструкций. Возможно заполнение пустот

[филированного настила несгораемым материалом, однако это приводит

тяжелению конструкции. Особое внимание необходимо уделять

э.оросам огнезащиты соединений ограждающих конструкций с несущими

сострукциями каркаса здания.
При действии на балку высоких температур при пожаре даже на

о>гзниченную часть ее поверхности, сечение конструкции, вследствие

зм'окой теплопроводности металла, быстро прогревается до одинаковой

т-впературы. При этом снижается предел текучести и модуль упругости

м. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует

мисимальный изгибающий момент. При использовании таких балок в

ббаочной клетке из-за преждевременного выхода из строя стального

шагала, жестко прикрепленного к балкам, наблюдается потеря их общей

учЪйчивости. Потеря общей устойчивости прокатных балок происходит и

пнучае шарнирного опирания на них стального настила. Исчерпание

ееущей способности балок составного сечения происходит в зоне

шествия максимального изгибающего момента, потери общей

^«йчивости конструкции из-за обрушения связей в виде настила или

впростепенных балок балочной клетки, а также потери местной
’»М73
291

устойчивости стенкой балки или свесов сжатых полок. Разрушение

конструкции может наблюдаться в сварных, болтовых или заклепочных

соединениях элементов составного сечения от действия сдвигающих

усилий.
Разрушение статически определимой балки происходит в результате

образования одного пластического шарнира (рис. 5.42,а). Статически

неопределимые балки являются предпочтительными по сравнению со

статически определимыми. Так, двухпролетная статически неопределимая

балка разрушается в условиях пожара в результате образования трех

пластических шарниров (рис. 5.42,6) и предел огнестойкости такой

конструкции выше статически определимой [46]. Условия опирания балки

также влияет на значение ее предела огнестойкости. Заделка стальной

балки в железобетонные или каменные стены стесняет температурные

деформации вдоль ее длины.
и I м 111111 и 1 и 1П 1 U111I11H111I111T1)

-£Г
Рис. 5.42. Образование

пластических шарниров
(ПШ) вбалках: f IpKJ

а-статически

определимых;
б-статически

неопределимых
Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию

несущей способности ее элементов и узловых соединений этих элементов.

Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла ■

характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки

конструкции. Сжатые элементы верхнего пояса и решетки могут потерять *;•

свою несущую способность в результате потери устойчивости в плоскости Kit!

и из плоскости фермы. Повреждение при пожаре ограждающего покрытия |ai

или связей между фермами приводит к потере устойчивости сжатых

элементов верхнего пояса из плоскости фермы на нераскрепленном

участке.	п\
При расчете фермы соединения ее элементов между собой "

рассматриваются как шарнирные, поэтому ферма считается статически

определимой конструкцией. Поэтому потеря несущей способности хотя бы jp.,

одним элементом приводит к отказу при пожаре всей конструкции.
Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в г

условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности и.
292

> ■
яС'т»жнем конструкции; прочности или устойчивости элементами

-винительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям

кюнны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами

ск»\инительной решетки в колоннах сквозных сечений; местной

Чпйчивости стенки и свесов сжатых полок колонны составного

дв|'аврового сечения; общей устойчивости колонны.
*	Внецентренное сжатие, по сравнению с центральным, является

-же невыгодным видом загружения, которое отрицательно сказывается

% агнестойкости конструкции. Необходимо отметить, что в ряде случаев

'ккюнна, работающая как центрально-сжатая, в условиях пожара может

*бшь подвергнута воздействию внецентренно приложенной силы сжатия.
-	( возможно при локальном воздействии температуры пожара на

адтрукции покрытия или перекрытия, опирающиеся на колонны среднего

pm|i. Обрушение конструкций покрытия или перекрытия с одной стороны

изкой колонны приводят в дальнейшем к ее работе как внецентренно-

-Шгой конструкции.
Колонны являются элементами плоских рам или пространственного

Касаса, шарнирно или жестко соединенных с опирающимися на них

т.яртрукциями. В случае жестких соединений колонны с ригелем, ее

айта зависит от поведения конструкции ригеля при пожаре. Ввиду

п>мчия в здании системы внутренних помещений, очаг пожара в

(льной его стадии оказывается локализованным, и поэтому воздействует

граниченное число несущих элементов конструкций. Это может

вести к стеснению температурных деформаций колонны, которая в

^льтате отсутствия свободы перемещения вдоль ее длины получает

1лнительное нагружение [46].
Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической

«ы работы конструкции, а также конструкции сечения их элементов.

J)Ta в условиях высоких температур сплошных составных сечений

июгична работе таких же сечений стальных балок и колонн, а сквозных

е»ний - работе ферм и сквозных колонн. В случае использования

эпытой затяжки, воспринимающей распор конструкции, отказ арок или

гзтри пожаре может наступать из-за потери несущей способности этим

;л«ентом. Разрушение арок и рам может наступить и из-за потери

гяпцей способности опорных и конькового узлов, а потеря устойчивости

)л»ентов из плоскости конструкции - из-за обрушения связей.
Элементы структурных конструкций, работающие на растяжение

5лисжатие, имеют небольшие сечения и поэтому быстро нагреваются в

гшвиях пожара. Однако эти конструкции, в силу многократной

лгсической неопределимости, менее чувствительны к повреждениям, т.е.

■51ЭД из строя одного или нескольких элементов не приводит к

Чтению всей структуры.
Мембраны относятся к конструкциям, у которых при нагреве

щВсходит уменьшение усилий. Это вызывается увеличением прогиба

жтрукции до 1/10-1/15 ее пролета в результате температурного
293

расширения и температурной деформации ползучести стали. Поэтому

огнестойкость стальной мембраны составляет 0,75-1,0 ч. Наиболее

уязвимым элементом мембранного покрытия является его опорный контур.

Прогиб мембраны, образовавшейся во время нагрева, является в большей

своей части необратимым, т.е. после охлаждения конструкции он

практически не исчезает [50].
Поведение в условиях пожара мембраны, выполненной из

алюминиевых сплавов, значительно хуже, чем стальной. Например,

мембрана толщиной 1 мм из алюминиевого сплава АМг2П без огнезащиты

обрушилась через 6 мин после начала огневых испытаний.
5.3.	Методика расчета огнестойкости металлических

конструкций
Наступление предела огнестойкости металлических конструкций

наступает в результате потери прочности или за счет потери устойчивости

самих конструкций или их элементов. Тому и другому случаю

соответствует определенная температура нагрева металла, называемая

критической, f .
Критической температурой прогрева сечения конструкции или ее

отдельного элемента в условиях пожара называется температура, при

которой наступает потеря их несущей способности.
Расчет предела огнестойкости сводится к решению двух задач:

статической и теплотехнической.
Статическая задача имеет целью определения несущей способности

конструкции с учетом изменения свойств металла при высоких

температурах, т.е. определения критической температуры в момент

наступления предельного состояния при пожаре.
В результате решения теплотехнической задачи определяется время

нагрева металла от начала действия пожара до достижения в расчетном

сечении критической температуры, т.е. решение этой задачи позволяет

определить фактический предел огнестойкости Пф конструкции.
Для некоторых марок сталей предел прочности при нагреве сначала

увеличивается, а затем наблюдается его снижение(см. раздел 4). Предел

текучести стали снижается с увеличением температуры нагрева[46].
Значение прочности стали (по пределу текучести) при нагреве
равно
R,em=R„7*m.	(5.1)
где R - нормативное сопротивление конструкционных прокатных сталей

по пределу текучести при начальной температуре t = 20°С определяется в
соответствии с [52]; JUm ■ коэффициент, учитывающий изменение

прочности стали при нагреве.
294

Таблица 5.2
Значения коэффициента у1ет от температуры
!,“С/Т,К
г
1,°С/Т,К
7„т
20/293
1,00
400/673
0,70
100/373
0,99
450/723
0,65
150/423
0,93
500/773
0,58
200/473
0,85
550/823
0,45
250/523
0,81
600/873
0,34
300/573
0,77
650/923
0.22
350/623
0,74
700/973
0,11
Значения коэффициента уит в зависимости от температуры нагрев£

стали даны в табл. 5.2.
Значения коэффициента у,ет , приведенные в табл. 5.2, могут быть

также вычислены по следующим формулам:
при f£500°C

1330-t .
5W- I330 '	(5-2)
при 1 > 500“С

75°-'
=	 ’	5.3
440
С использованием формул (5.2, 5.3) при известных значениях

коэффициента у,ет можно определить значения температуры нагрева

стали t или критической температуры ta для предельного состояния

конструкции, находящейся в условиях пожара:
пР“ Гш а 0.6
/(/„) = 1330(1-ута):	(5.4)
при у1т < 0,6
tit^) ~ 750 ~ 440у(ви ■	(5.5)
Модуль упругости стали при нагреве равен
Ещ. = ЕР*, <	<5-6)
где Е - модуль упругости прокатной стали при начальной температуре

(„ = 20°С согласно [52] равен 2,06- Ю'МПа;
295

Piem ' коэффициент, учитывающий снижение модуля упругости стали в

зависимости от температуры ее нагрева.
Таблица 5.3
Значения коэффициента /3(ет1 от температуры
t,°C/T,K
Plem
t,°C/T,K
20/293
1
400/673
0,86
100/373
0,96
450/723
0,84
150/423
0,95
500/773
0,8
200/473
0,94
550/823
0,77
250/523
0,92
600/873
0,72
300/573
0,9
650/923
0,68
350/623
0,88
700/973
0,59
В формуле (5.6) значения коэффициента ^tem в зависимости от

температуры нагрева стали даны в табл. 5.3.
Предельное состояние из условия прочности металлических

конструкций и их элементов, находящихся в условиях пожара, наступает в

результате снижения прочности стали до величины рабочих

напряжений <т„ от действия нормативных нагрузок, При этом температура
в расчетном сечении достигает своего критического значения, tcr

(рис. 5.43,а).
Наступление предельного состояния в условиях пожара оценивается

следующим равенством:
<*.=■«».■	(5.7)
Разделим левую и правую часть равенства (5.7) на значение R
<7Я _ Rltm
*7“ *7-
Тогда равенство (5.7) можно представить в виде равенства

коэффициентов (рис. 5.43,6)
У*=У*«	(5-8)
где уа - коэффициент, учитывающий уровень нагружения конструкции, или

ее элемента.
С учетом формул (5.1, 5.7) значение коэффициента у,„в момент

наступления предельного состояния равно:
296

(5.9)
Далее критическая температура определяется по табл. 5.2 или с

использованием формул (5.4, 5.5).
Рис 5.43. К определению предельного состояния по несущей способности металлической

конструкции, наход ящейся в условиях пожара, при использовании величин прочностных

характеристик;

а - абсолютных; б - относительных

Рассмотрим определение коэффициента у^ с использованием

формулы (5.9) в зависимости от характера работы стальных элементов.
Для центрально-растянутых и центрально-сжатых стальных

элементов (из условия прочности)
о
а
о
б
(5.10)
297

где Nn - усилие растяжения или сжатия от действия нормативных нагрузок;

Ап - площадь расчетного сечения нетто (в случае отсутствия ослаблений в

расчетном сечении площадь сечения нетто приравнивается площади сечения

брутто, т.е. Ал = А).
Для стальных элементов, работающих на поперечный изгиб в одной

из главных плоскостей (X или У)
У =	(5.11)
WplRyn'
где Мп - изгибающий момент в расчетном сечении от действия нормативных

нагрузок; Wpl - пластический момент сопротивления расчетного сечения.
В формуле (5.11) значение Wpl = cWn, где с(сх) - коэффициент,

учитывающий развитие пластических деформаций в расчетном сечении. Он

определяется согласно п. 5.18’ [52) (для двутавра и швеллера значение с(с) в

среднем можно принять равным 1,12; для трубы - c(cj = 1,26; для таврового

сечения, выполненного из листов или из двух уголков - c(cj = 1,6; для

квадратного сечения cfcj = 1,5); Wn - момент сопротивления расчетного

сечения нетто при наличии ослаблений или брутто, W =■ W - при

отсутствии этих ослаблений.
Если стальной элемент работает на изгиб в двух главных плоскостях

(Хи У) значение у,ет равно:
1
+ (5Л2)

Куп "pb "ply
где Ми и - изгибающие моменты в расчетном сечении от действия

нормативных нагрузок вдоль осей У и X; Wplr и W - моменты

сопротивления расчетного сечения относительно осей Хи У.
В формуле (5.12) значения W = сх Wln и Wp(jr = су W , где сх,- см.

формулу (5.11), а с - коэффициенты, учитывающие развитие пластических

деформаций, даны в 5.18* [52] (для двутавра и швеллера - с = 1,47; для трубы

’ су = 1,26; для таврового сечения из листов или из двух уголков - су = 1,47;

для квадратного сечения су = 1,5); Win и W - моменты сопротивления

расчетного сечения нетто относительно осей X и У (при отсутствии

ослаблений W = WhW = W).
хп	х уп	у>
Для внецентренно - растянутых и внецентренно - сжатых (из

условия прочности) стальных элементов
N е0 1 \
Г'--^(К + А1
где N п - усилие растяжения или сжатия в расчетном сечении от действия

нормативных нагрузок; ео - эксцентриситет приложения усилия Nn;

Wn - момент сопротивления расчетного сечения нетто (при отсутствии

ослаблений W = W); Ao - площадь расчетного сечения нетто (при

отсутствии ослаблений Ап = А).
Центрально-сжатые и внецентренно-сжатые стальные элементы

могут потерять несущую способность при нагреве в результате потери их

устойчивости. Потеря устойчивости наступает за счет снижения модуля

упругости, роста деформаций температурной ползучести металла [50] н его

температурного расширения.
Для таких стержней критическая температура ^определяется по

критическим деформациям еп.
Значение £п для центрально-сжатых стержней определяется по

следующей формуле:
где 7t - число, равное 3,14; Я - максимальная гибкость элемента:

ст„ - напряжение в сечении от действия нормативной нагрузки: Е - модуль

упругости стали при температуре 20 °С.
В формуле (5.14) значения расчетных параметров соответственно
равны:
где А - площадь сечения брутто; Е = 2.06 • 10s МПа.
Расчетная длина сжатого элемента -ief = , где [I - коэффициент,

учитывающий характер закрепления опор сжатого элемента (например,

при шарнирном опирании сжатого элемента [1=1; при жестком опирании

[I = 0,5; при жестком опирании одной опоры и шарнирном опирании

другой [1 = 0,7; для консоли [I =2); С - геометрическая длина сжатого

элемента. Расчетные длины элементов ферм даны в табл. 5.1.
Радиус инерции сечения в плоскости изгиба i = ^1 / А, где: I-
минимальное значение момента инерции сечения; А - площадь сечения

брутто.
Критическая температура t для центрально-сжатых элементов из

условия потери несущей способности в результате потери их устойчивости
определяется с использованием кривых деформаций ползучести £п в
(5.14)
а
299

1
зависимости от значения коэффициента у1ет (рис. 5.44, 5.45). При этом
коэффициенту,^ вычисляется по формуле (5.10), в которой площадь

сечения нетто заменяется на площадь сечения брутто, т.е. Аа - А.
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ytem
Рис. 5.44. Кривые деформации сталей при: еп < 0,005, температуре и степени
нагружения ухт ^<290 МПа 	 ;
R > 290 МПа
уп —
300

'	О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Укт
Рис.5.45. Кривые деформации сталей при' еп < 0,02, температуре (“С и степени

I нагружения Уит для 	 < 290 МПа;	R^> 290 МПа
Для центрально-сжатых элементов гибкостью Я > 104 критическая

|температура Iс(, °С, при которой в результате нагрева наступает потеря их

(устойчивости, может быть определена без использования формулы (5.14) и

| графиков на рис. 5.44, 5.45, а с использованием следующей формулы:
г„=20 + ,|2,5^„10!
< кг

А2сг„
_1_
Е
(5.15)
1Для внецентренно-сжатых элементов значение критической
4,еформации ползучести равно
301

где О средне-арифметическое значение напряжений в крайних
волокнах расчетного сечения; <7П - напряжение, определяемое аналогично

для формулы (5.14); Е - начальный модуль упругости стали, равный

2,06- 10s МПа; Я - гибкость элемента в плоскости его изгиба.
При этом, если
Величина напряжения <У е в формулах (5.17, 5.17')
где е - эксцентриситет с учетом гибкости сжатого элемента в плоскости его

изгиба; W - момент сопротивления расчетного сечения брутто.
Значение эксцентриситета ер для определения напряжения <7е
равно
где е - эксцентриситет от совместного действия нормативных значений
М
изгибающего момента Мп и силы сжатия NB равен е0=
Критическая температура определяется по графикам на рис. 5.44,

5.45 при значениях уит , вычисленных по формулам (5.17, 5.17 ).
Таким образом, критическая температура центрально-сжатых и

внецентренно-сжатых стальных элементов должна определяться из условия

потери их прочности с использованием формул (5.4, 5.5) или данных в
сг„ >ае,тоОср -СТ„;	R
ап
(5.17)
'уп
(5.17')
302

табл.5.2, а также из условия потери их устойчивости с использованием

формул (5.14-5.17') или графиков на рис. 5.44, 5.45. Минимальное значение

критической температуры, полученное из этих двух условий, используется

для дальнейшего определения предела огнестойкости сжатых элементов.
Изменение температуры в твердых телах определяется в результате

решения дифференциального уравнения теплопроводности Фурье.
J	Применительно к металлическим конструкциям, для получения
аналитических решений этого уравнения используются граничные условия

третьего рода, т.е. необходимо знать закон изменения температуры

нагревающей среды и изменения коэффициента теплообмена между

нагревающей средой и металлической конструкцией.
Изменение температуры нагревающей среды в соответствии со

стандартной температурно-временной зависимостью описывается

формулой (3.3), а значение коэффициента теплообмена вычисляется по

формуле (4.26). При этом значение приведенной степени черноты ,

f вычисленное по формуле (4.28), с учетом степени черноты обогреваемой

поверхности стальной конструкции е0 =0,74 (см. таб. 4.1), составляет0,655.

Эти граничные условия нелинейны. Однако металл обладает большим

коэффициентом температуропроводности, что способствует быстрому

выравниванию температуры на поверхности металла и в его толще.
Для получения аналитического решения уравнения

теплопроводности Фурье необходимо использовать постоянное значение

( удельной теплоемкости металла. В этом случае дифференциальное

уравнение нагрева металлического стержня имеет следующий вид:
a(tl-lCI)SdT = C,^mp0Vdt„,	(5.18)
где а - коэффициент теплообмена, Вт/(м2К); f - температура нагревающей

среды, °С; S - обогреваемая поверхность стержня, м2; С1ет - усредненное

(постоянное) значение удельной теплоемкости металла, Дж/(кгК);

р0 - средняя плотность металла, кг/м3; V- объем стержня, м3.
В соответствии с данным уравнением (5.18), рредставляющим собой

уравнение теплового баланса, тепло, поступающее в стержень через

обогреваемую поверхность S, расходуется на нагрев этого стержня,

объемом V.
Численные решения, реализованные на ЭВМ, позволяют решить

дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье не только для

любых граничных условий и любой геометрии сечения конструкции, но

также учесть нелинейность характеристик теплопереноса.
Выразим дифференциальное уравнение (5.18) в разностном виде,

заменив значение С1еш,шна значение С1еп, определяемое по формуле (4.13)
а(/. -ОХДт = C,OTp/(r„.4t - /„),	(5.19)
303

где 4t - изменение температуры стержня за расчетный интервал времени

Дт
Представим геометрические параметры стержня S и V в

следующем виде: S= U( , а V = At, где U - обогреваемый периметр

стержня, м; А - площадь сечения стержня, м2; £ -длина стержня.
Подставив значения S и V в уравнение (5.19) и решив его

относительно , получим
t t
'ст.Дг - 'ex + —	— .	(5.20)
tem HO1 red
где f - приведенная толщина металла, которая дает возможность стержень

с любой конфигурацией поперечного сечения привести к простой пластине,

м.
Из формулы (5.20) следует,что температура стержня за расчетный

промежуток времени Дг зависит только от приведенной толщины металла,

значение которого равно
А
^red jj ■	(5.21)
Формулы для определения приведенной толщины металла для

наиболее часто встречающихся форм сечения стержней и условий их

нагрева приведены в табл. 5.4.
С использованием формул (5.20, 5.21) были построены графики

зависимости температуры незащищенных элементов стальных

конструкций от приведенной толщины металла и времени их нагрева по

режиму «стандартного» пожара (рис. 5.46). С помощью этих графиков

определяется фактический предел огнестойкости незащищенных стальных

конструкций и их элементов из условия потери несущей способности в

условиях пожара.
При опирании на стальные элементы других конструкций (варианты

частичного обогрева поверхности элемента, см, табл. 5.4) теплообмен

между ними, при построении графиков на рис. 5.46, не учитывался.
Таким образом, для определения фактического предела

огнестойкости незащищенных элементов металлических конструкций при

действии «стандартного» пожара необходимо определить значения
коэффициента у1ет и критической температуры tcr (статическая задача), а

затем значение приведенной толщины металла и предел огнестойкости

Пф (теплотехническая задача).
Порядок расчета предела огнестойкости элементов металлических

конструкций в зависимости от характера их работы дан на рис. 5.47.
304

20 2473
Приведенная толщина металла, без учета огнезащиты
Таблица 5.4
Сечения, обогреваемые по

всему периметру
tred
Сечения при частичном

обогреве периметра
tred
1—
bf
2(h+2b,-t„)
////////////(///
2(h+2brt„)
2h+3bf - 2t„
bn	Ьд
2(b/1 + b/2)
2b/i+b/]

Окончание табл. 5.4
Примечание. А - площадь сечения, значения которой для прокатной фасонной стали даны в сортаменте,

а для составных сечений определяется как сумма площадей их отдельных элементов

Рис 5,46. Зависимость температуры незащищенных элементе» стальных конструкций от

времени нагрева по режиму «стандартного» пожара (кривая 1). Цифры у кривых соответствуют

приведенной толщине металла Г^мм
Фактический предел огнестойкости МК можно определить,
•	используя пособие [58], Однако в данном пособии отсутствуют значения
4	критической температуры, зависящие от уровня нагружения конструкции.
Предел огнестойкости МК, находящихся в условиях реального

i пожара, определяется следующим образом: для выбранных промежутков
I 20* 2473
307

дано
Рис 5.47. Блок-схема определения фактического предела огнестойкости незащищенных

металлических конструкций и их элементов
308

времени Ат, по формуле (5.20) вычисляется изменение температуры в

конструкции	(для определения /„ДГ1 используется значение
коэффициента теплообмена «,_], вычисленного на предыдущем этапе
/
расчета); зная температуры в конструкции	ДТ( по табл. 5.2 или
формулам (5.2, 5.3) определяются значения коэффициента у,= f(tст,), а

по формуле (5.1) прочность стали при нагревании R ; в зависимости от

характера работы конструкции определяется ее несущая способность
Ф,от, =^Р,аг1(^Р,гт);стР01,тся график зависимости Ф,т-т, и для
предельного состояния, при котором несущая способность, снижаясь,

достигает значения усилия Na или изгибающего момента Ма от

нормативных нагрузок, определяется фактический предел огнестойкости

Пф (рис. 4.7).
5.4. Огнезащита металлических конструкций
Работникам Государственной противопожарной службы, а также

проектировщикам довольно часто приходится решать вопросы огнезащиты

металлических конструкций.
Фактический предел огнестойкости стальных конструкций при

«стандартном» режиме пожара, в зависимости от толщины элементов

сечения и величины действующих напряжений, составляет от 0,1 до 0,4 ч.

Исключение составляют стальные оболочки, мембранные покрытия, у

которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать 0,75 -1 ч.

При проектировании зданий и сооружений предел огнестойкости

незащищенных стальных конструкций с приведенной толщиной металла в
1	см допускается принимать равным 0,25 ч. Значения же требуемых

пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе

металлических, составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени

огнестойкости здания и типа конструкций. Таким образом, большинство

незащищенных стальных конструкций удовлетворяют лишь требованиям

по пределу огнестойкости 0,25 ч. Это позволяет сделать вывод о том, что

область применения металлических конструкций ограничена по

огнестойкости, так как не выполняется условие безопасности - Пф> П^.
Это условие безопасности является основным критерием

обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, т.е.

если Пф > П1р - огнезащита не нужна, а при Пф < Птр - огнезащита

необходима.
Выбор конкретного типа огнезащитного состава и материала,

установление их областей применения производятся на основе технико¬
309

экономического анализа с учетом величины требуемого предела

огнестойкости конструкции; типа защищаемой конструкции; вида

нагрузки; температурно-влажностных условий эксплуатации и

производства монтажных работ; степени агрессивности окружающей

среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции; увеличения

нагрузки на конструкцию за счет массы огнезащиты; трудоемкости

монтажа огнезащиты; эстетических требований к конструкции; технико¬

экономических показателей.
Наиболее надежными способами огнезащиты в настоящее время

являются [59]: облицовки из негорючих материалов; огнезащитные

покрытия; подвесные потолки.
В качестве облицовочных материалов для огнезащиты МК

используются бетон, кирпич, гипсокартонные листы (ГКЛ) и другие

плитные и листовые изделия, а также различные типы штукатурки

(рис. 5.48).
Обетонирование. Огнезащита металлических конструкций при

помощи бетона в отечественном строительстве применяется сравнительно

часто. Применение бетонной защиты наиболее рационально в том случае,

когда одновременно производится усиление ригелей, колонн или стоек,

например, при реконструкции зданий и сооружений. Обетонирование

производят после прикрепления к колонне армирующей сетки (рис. 5.48,а).

Толщина слоя бетона составляет 5 см, если требуется предел огнестойкости
2	часа; и 6 см, если требуется 2,5 часа. Обетонирование является

эффективным способом огнезащиты МК.
Облицовка из кирпича. Кирпичную облицовку наиболее часто

применяют для повышения предела огнестойкости колонн и стоек
Рис. 5.48. Облицовка стальных колонн;

а - бетоном или штукатуркой по сетке;

б- кирпичем; в - плитным материалом
в

(рис. 5.48,6). Кладку для огнезащитной облицовки выполняют из глиняного

обыкновенного и силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе

•марки не ниже 50. Устройство огнезащитной облицовки из пустотелых и

щелевых кирпичей допускается толщиной только в 1/2 кирпича (120 мм).

Кладку выполняют с однорядной перевязкой швов. Горизонтальные и

вертикальные швы заполняют раствором с последующей разделкой их

:наружи «под расшивку». При устройстве облицовки кирпичом

учитывают, что у стали и кирпича коэффициенты линейного расширения

этличаются в 3 раза. Поэтому устраивают зазор между металлической

конструкцией и кирпичной кладкой. Для усиления кирпичную кладку

армируют проволокой диаметром до 8 мм. Для получения предела

згнестойкости 2 часа достаточен слой кирпича толщиной 6,5 см.
Облицовки из бетона и кирпича не боятся сырости, могут

■рименяться при практически любых температурно-влажностных

условиях, при наличии агрессивной среды, они устойчивы к атмосферным

юздействиям и динамическим нагрузкам. Но эти способы огнезащиты

:вязаны с трудоемкими опалубочными и арматурными работами,

1алопроизводительны, значительно утяжеляют каркас здания и удлиняют

:роки строительства.
Облицовки из теплоизоляционных плит. Наиболее перспективны

>блицовки из теплоизоляционных плит на основе перлита, вермикулита и

(емента, асбестоперлитоцементных и полужестких минераловатных плит

рис. 5.48,в) и (рис. 5.49). Заводская толщина плит составляет около 5 см, что

>беспечивает предел огнестойкости до 2 часов при условии надежного

:репления плит к конструкции.
Эффективным способом крепления плит является приварка к

ащищаемой конструкции выпусков арматуры, введенной в плиты в

роцессе их изготовления. Швы заделывают тем же составом, из которого

уготовлены плиты. Другой способ крепления - установка нащельников из

олоднотянутых профилей. Нащельники крепятся самонарезающими

интами и в условиях пожара ограничивают температурные и усадочные

еформации плит и исключают их преждевременное разрушение.
Облицовка гипсокартонными листами (ГКЛ). В настоящее время

азработана огнезащитная облицовка из гипсокартонных листов,

конструкции выполнены применительно к многоэтажным зданиям и

ооружениям со стальным несущим каркасом, с междуэтажными

ерекрытиями из сборных железобетонных плит или монолита. Эти

онструкции значительно легче кирпичной или бетонной облицовки,

ндустриальны, эффективны с точки зрения огнестойкости. При

рименении ГКЛ допускается демонтаж огнезащитной облицовки и

ыполнение различных работ по усилению несущих конструкций, а также

овторного нанесения антикоррозионного покрытия несущих конструкций

цания. Внутреннюю полость между огнезащитой и элементами несущей

онструкции можно использовать для монтажа различных инжинерных

онструкции.
311

Рис. 5.49. Облицовка металлических конструкций теплоизоляционными плитами:

а-в - перлитофосфогеливыми; г- перлитовыми и алюминиевыми листами: д - полужесткими

минераловатными; / - колонна; 2- перлитофосфогелевая плита; 3-стеклохолст; 4-перлито-

фосфогелевая пробка: 5-шпилька; б-уголок; 7-сетка; 8-цементно-песчааныйраствор;
9-перлитовая плита; 10-профилированный алюминиевый лисп 11- стальная пластина;
/2-самонарезающийвинт; 13- полужесгкая минераловатная плита; Ы-стальной

профилированный лист 15-заклепка; /6-балка
Огнезащитные облицовки из гипсокартонных листов являются

довольно перспективными. Один слой толщиной 16 мм может обеспечить

предел огнестойкости колонн и ригелей до 1 ч. Но, учитывая возможность

преждевременного разрушения гипсокартонных листов при пожаре из-за

технологических дефектов, рекомендуется устраивать огнезащиту не в

один, а в два слоя.
Для устройства огнезащиты из ГКЛ (рис. 5.50) используются

дополнительные крепежные элементы из холоднотянутых профилей,

образующие каркас. Расстояние между продольными элементами каркаса

50 см. Кроме продольных, имеются также поперечные элементы каркаса,

размещаемые через 90 см на ригеле или через 1,2 м на колонне, а также в.

местах стыков гипсокартонных листов. Элементы каркаса прикрепляют]

самонарезающими винтами. Стыки облицовок между собой и1

конструкциями здания перекрываются стальными нащельниками^]

прикрепляемыми самонарезающими винтами с шагом 200 мм.
312

Рис. 5.50. Фрагменты стальных

конструкций с огнезащитной

облицовкой из типсокаргонных плит

(ГКЛ):
I - защита узла соединения рядовой 8

колонны с ригелем; б-защита 4

эигеля, расположенного у стены зйдния; \

в-защита колонны, расположенной у i

стены дания; 1 - колонна; 2- ригель;
3 - плита перекрытия; 4 - монолитный s

5етон; 5-обшивка; 6-теплоизоляцион¬

ный пояс; 7- стойка фахверка; 8- стена

здания
В местах опирания ребристых плит перекрытия на ригели

страивают дополнительную теплоизоляцию в виде пояса из минеральной

аты (рис. 5.50,а,б). Нащельники теплоизоляционного пояса крепят к

железобетонным конструкциям дюбель-гвоздями.
Особое внимание обращают на места примыкания облицовки к

тенкам, перегородкам и потолкам (рис. 5.50,б,в). Нащельники крепят к

граждающим конструкциям дюбель-гвоздями.
Штукатурка. Традиционным видом огнезащитного покрытия

вляется цементно-песчаная штукатурка (рис. 5.48,а). Для ее приготовления

спользуются цемент и песок. Она рекомендуется для защиты таких

четаллоконструкций зданий, как колонны, ригели, элементы связей, узлы

опряжения между элементами (рис. 5.51).
Использование цементно-песчаной штукатурки обусловлено

акими достоинствами, как недефицитность материалов для приготовления

остава, простота изготовления, возможность механизированного

внесения, обеспечение значительного предела огнестойкости защищаемой

онструкции. Эффективность использования цементно-песчаной

лтукатурки в качестве огнезащитного материала представлена в табл. 5.5.
В то же время этот вид огнезащиты имеет ряд недостатков,

граничивающих его применение, к которым относятся; большая
313

1сбеста, перлита, вермирулита, фосфатных соединений и других

>ффективных материалов. Эти облицовки имеют малую плотность

200-600 кг/м3) и поэтому низкую теплопроводность. В случае пожара они

ie выделяют дыма и токсичных продуктов.
В последнее время применяются облегченные штукатурки,

наносимые механическим способом. Примером является перлитовая

итукатурка. Исходя из вида конструкции, ее толщины и требуемого

■редела огнестойкости, значения толщины перлитовой штукатурки даны в

•абл. 5.6.
1	Таблица 5.6
Толщина слоя перлитовой штукатурки
Копдвди
Мииуйшвятошиш
кшрццкм
Мнагывятотиепжрдт, мц г^и

ГрВДВНХСПЕСТСЙССЩ ч
1,00
0,75
Оарвябалгаи
14
20
15
иэтнвдеуЕшрсвсге
16
20
15
оечия
20
15
10
30
10
10
50
10
5
Бажииюпнаввср
грскшькдаугарв
№10-14
4,549
30
25
№16-18а
5.0-5Д
30
25
№20-24а
52-5,6
30
25
№27-ЗС&
6,0^5
30
25
7,&«3
25
20
При проектировании и выполнении штукатурных работ

еобходимо учитывать требования технологии ее нанесения на

ащищаемую поверхность. Чтобы штукатурка не отвалилась в самом

ачале пожара перед ее нанесением конструкцию тщательно очищают от

5язи, пыли, ржавчины и крепят к ней стальную сетку.
При использовании плоской сетки к металлической конструкции

риваривают шпильки. К шпилькам приваривают стальную сетку с

азмером ячейки до 100 мм. Сетку устанавливают на расстоянии 10 мм от

еталлической поверхности для того, чтобы штукатурный раствор проник

од сетку и штукатурка была надежно прикреплена к конструкции. При

•спользовании объемной сетки Рабица она накладывается непосредственно

а поверхность конструкции, после чего концы стальных шпилек

1гибаются, что обеспечивает закрепление сетки на поверхности

онструкции.
Для штукатурки, наносимой методом полусухого торкретирования,

качестве армирующих элементов используются Г-образные шпильки из

роволоки. Шпильки приваривают к защищаемой конструкции шагом
315

■уццолановое вяжущее, муллитокремнеземное волокно, пластификатор и

мам флотации фосфоритных руд.
Вспучивающиеся огнезащитные покрытия представляют собой

омпозиционные материалы, включающие полимерное вяжущее и

аполнители (антипирены, газообразователи, жаростойкие вещества и

табилизаторы вспененного угольного слоя). При вспучивании и

дновременном обугливании происходит образование мелкоячеистого по

труктуре слоя, обладающего низкой теплопроводностью, в результате

его резко замедляется прогрев металлических конструкций.
Огнезащитный состав ОЗС-МВ на основе жидкого стекла,

еорганических наполнителей и выгорающих добавок предназначен для

эздания на поверхности металла огнезащитного вспучивающегося

окрытия с целью повышения огнестойкости стальных металлических

энструкций, эксплуатируемых внутри помещений зданий, сооружений

ромышленного и гражданского назначения с относительной влажностью

е более 80%. Состав сертифицируется в соответствии с требованиями

ЭСТ 9980.1-86Е. Состав наносится на стальные поверхности,

зработанные грунтами типа ГФ по ГОСТ 12707-77, а также на

?огрунтованные поверхности.
Огнезащитный состав ОЗС-МВ позволяет отказаться от

ичительного количества ручных работ в строительстве, т.к. заменяют

птукатуривание по металлической сетке, что позволяет экономить

,:фицитные материалы - сталь, цемент, известь и др.; осуществлять работы
>	огнезащите механизированными средствами; сократить удельный расход

!териалов для огнезащиты. В настоящее время используются также

шезащитные покрытия типа ОВПФ-Л, «Экран-М».
Эффективность перечисленных видов огнезащиты приведена в

'бл. 5.7.
Таблица 5.7
Виды огнезащиты и их эффективность
Вид огнезащиты
Средняя
плотность
Тошшша огнезащиты в мм при требуемых

пределах огнестойкости, ч
кг/м3
0,75
1,0
1.5
2,0
2,5
Огнезащитные облицовки:

кирпич;
1800
65
65
65
65
120
гипсокартонные листы

(ГКЛ)
850
16
16
32
32
Обетонированнс
2500
-
50
60
Огнезащитные покрытия:

цементно-песчаная
1800
25
30
40
50
60
штукатурка;

перлитовая штукатурка;
500
15
20
30
40
50
фосфатные покрытия (ОФ 11-

ММ, ОФП-МВ),
300
15
20
30
40
45
ОЗС-МВ
1230
V
-
-
317

Огнестойкие подвесные потолки являются эффективным средством! I

повышения огнестойкости металлических конструкций покрытий и11

перекрытий. Особенно целесообразны подвесные потолки для огнезащитьГЯ

ферм и структур. Непосредственная защита каждого элемента этих~Ш

конструкций облицовками или вспучивающимися покрытиями трудоемка и J

недостаточно надежна, так как трудно осуществима в узловых соединениях^

элементов конструкций.	Щ
Устройство подвесного огнезащитного потолка более надежно, такМ

как между потолком и защищаемой конструкцией создается воздушныиЖ

зазор, который дополнительно повышает ее предел огнестойкостиЩГ

Наиболее простым и дешевым подвесным потолком является потолок из В

минераловатных плит, уложенных на стальную сетку или различныеЩ

штукатурки по сетке. Сетка с помощью стальных стержней,»

расположенных с шагом 0,8-1 м, подвешивается к нижнему поясу ферм илиВ

структур. Наружная поверхность потолка закрывается декоративным"!!

материалом. При толщине плит 50-80 мм подвесной потолок повышаетf

предел огнестойкости ферм и структур до 0,75-1 ч.
Конструктивное решение подвесного потолка с применением ГКЛу

показано на рис. 5.52. Конструкция потолка состоит из металлического!

каркаса, облицовки и крепежных элементов. Толщина подвесных потолковЯ
включающих каркас и облицовку, составляет от 40 до 84 мм. Расстояние от

экранов до плоскости защищаемой поверхности - 80-350 ми. В качестве

облицовок защитных экранов подвесных потолков используются:

гипсобетонные плиты толщиной 14 мм; утяжеленные и облегченные

гипсокартонные перфорированные плиты толщиной 30 мм с заполнением

минеральной ватой и наклейкой алюминиевой фольги; декоративные
4-самонарезающий винт; Я

5- подвеска; 6- пружина подрескк [

7 - защищаемая стальная конструкция
Рис 5.52 Конструкция |

огнезащитного подвесного потолка;

1 - швеллер из листовой стали |
2 - гипсокаргонный лист; 3 - xoi
318
ГгГ#*1

■ипсовые плиты толщиной 20 мм; минераловатные плиты; минераловатные

1литы на синтетическом связующем толщиной 30 мм.
Использование таких подвесных потолков позволяет обеспечить

предел огнестойкости МК до 0,75-2,5 ч.
Наиболее надежными конструкциями потолка являются такие,

;оторые имеют облицовки и герметичные стыки. Устройство в подвесном

ютолке отверстий и проемов снижает его огнезащитную способность.

1апример, устраиваемая для целей вентиляции сквозная перфорация

[лощадью 2,7% в плитах потолка снижает его огнезащитную способность в

,ва раза.
Зарубежная и отечественная практика предусматривают в качестве

'Гнезащиты металлических конструкций применять водяное охлаждение

тих конструкций. Вода для охлаждения может подаваться непосредственно

а поверхность конструкции от спринклерных, дренчерных и других

истем. Необходимо, чтобы оросители были направлены на защищаемые

онструкции. Вся система подачи воды под давлением должна быть

ассчитана с учетом необходимости питания всех устройств,

редназначенных для защиты каркаса. Для повышения эффективности

хлаждения несущих конструкций система автоматического

ожаротушения должна иметь специальные устройства, обеспечивающие

есперебойную подачу достаточного количества воды на защищаемые

цементы.
Конструкции, выполненные из элементов полого сечения, например

руб, могут заполняться водой для их охлаждения при пожаре. Такие

онструкции называются водонаполненными.
Водонаполненные конструкции поверху и понизу объединены в

амкнутую сеть [46]. Уровень воды поддерживается с помощью

ышерасположенного резервуара, который одновременно является

омпенсатором при увеличении объема воды и источником испарения,

огда во время пожара такие колонны нагреваются, в системе, за счет

эдъема нагретой в отдельных местах воды, устанавливается естественная

иркуляция, которая удаляет приток тепла и способствует охлаждению

онструкции, находящейся в очаге пожара. Достижение нагретой водой

•;мпературы кипения и ее испарение зависят главным образом от

штельности и размеров пожара, а также от количества циркулирующей в

ктеме воды.
За счет испарения происходит понижение уровня воды в

ззервуарах, причем питание системы может производиться либо из

ззервуара достаточной емкости, либо из внешнего источника (рис.

53,а,б). Таким образом, вся система остается полностью заполненной

>дой на протяжении всего пожара, а достаточное удаление тепла от

1гретых стальных элементов при достижении температуры кипения

->есиечивается за счет охлаждения при испарении. Конструкции могут

JTb постоянно заполнены водой, что требует соответствующих мер по

jpb6e с коррозией и обеспечению их герметичности или заполняться
319

J'
t-4-
-* -c
j'J'j'j 'j'ji'j ^ 'j j
i J
JJ JJJJ
<г
<5t
Рис. 5.54. К расчету предела огнестойкости металлических конструкций с учетом их

огнезащитной облицовки и в зависимости от вида сечения:

а - коробчатое; б- труба; в, г- двутавр

В формуле (5.22) значения (redi и tredy соответственно равны:
nd-z Xh + Sn ’ °h + S,

^“0,25*в
о
(5.23)
b + <5n	b ■+- <50
где <5^ и <5^, - толщина стенок вдоль осей X и У; <50 - толщина

)гнезащитной облицовки.
Значение коэффициента К0 в формулах (5.23)
к = СоРо	(5.24)
СаР„‘
■де С0 и Сст- начальные значения удельной теплоемкости огнезащитной

>блицовки и стали (табл. 4.1); р0 и Д^.- средняя плотность огнезащитной

>блицовки и стали (табл. 4.1).
Приведенная толщина сечения трубы (рис. 5.54,6)
2
‘^fi = 8Tir~Q'2SK*TIT'	,5-25)
а + о о	а + Oq

где 8 - толщина стенки сечения трубы; d - наружный диаметр трубы; <50 •

толщина огнезащитной облицовки; Ка - коэффициент, определяемый по

формуле (5.24),
В случае сплошного круглого сечения значение trtd0 определяется по

формуле (5.25) при 8 = 0,5^ , где d - диаметр сечения.
Приведенная толщина для двутаврового сечения высотой Л в случае

облицовки толщиной 80 по контуру (рис. 5.54,в):

для полок толщиной tf
tra,= 0,5f/;	(5.26)
для стенки толщиной t
А-1,5г,	81
^=0X-.-i" ' -0,25К0- °° '	(5.27)
h-2tf-80 h-2tf-80'
где Ка - коэффициент, определяемый по формуле (5.24).
Далее в расчетах в качестве tnd0 используется минимальное

значение treiJ, вычисленное по формулам (5.26, 5.27).
Приведенная толщина для двутаврового сечения высотой Л и
шириной полки */ , в случае использования облицовки толщиной 80 с

воздушным зазором между стенкой двутавра и облицовкой (рис. 5.54,г)
вычисляется по формулам (5.22-5.24), при этом: § =051 < 8 =t
f
b = bf.
Вычислив значение приведенной толщины f , в зависимости от

вида и толщины огнезащитной облицовки(рис. 5.54), по графикам на

рис. 5.55-5.66 (данные ЦНИИСК им. Кучеренко) определяют значение

фактического предела огнестойкости металлической конструкции или ее

элементов, обогреваемых температурой «стандартного» пожара.
322

Рис. 5.55. Зависимость температуры

1 t°C) стальной пластины с облицовкой

из красного кирпича толщиной 65 мм

т времени нагрева (т , мин) по режиму

«стандартного» пожара (кривая 1).

Цифры у кривых соответствуют

приведенной толщине металла
(U'MM)
Рис 5.56. Зависимость температуры

t°C) стальной пластины с облицовкой

и з бетона на и звесшяковом щебне

толщиной 20 мм от времени нагрева

(т , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая /). Цифрыу кривых

юответствуют приведенной толщине

металла.(^0, мм)
t.ut
юоо
900
воо
700
600
500
400
300
200
100
о
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
I* 2473

Рис 5.5?. Зависимость температуры

(f °С) стальной пластины с облицовкой

из бетона на известняковом щебне

толщиной 40 мм от времени нагрева

{т , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая /). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (^0, мм)
Рис 5.58.Зависим ость температуры

(?°С) стальной пластины с облицовкой

из цементно-песчаной штукатурки

толщиной 5 мм от времени нагрева

(х , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая 1). Цифрьгу кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (Г^ мм)

Рис. 5.59. Зависимость температуры

(ГС) стальной пластаны с облицовкой

из цементно-песчаной штукатурки

толщиной 20 мм огг времени нагрева

(т , мин) по режиму «стандартного))

пожара (кривая /). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (^0, мм)
Рис. 5.60. Зависимость температуры

(t °С) стальной пластины с облицовкой

из цементно-песчаной штукатурки

толщиной 40 мм от времени нагрева

(т , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая /). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (t^, мм)

Рис. 5.61. Зависимость температуры

(f°C) стальной пластины, облицованной

фосфатным огнезащитным покрытием

толщиной 10 мм, от времени нагрева

{х , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая /). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (f^, мм)
Рис 5.62. Зависимостьтемпературы

(f°C) стальной пластины, облицо¬

ванной фосфатным огнезащитным

покрытием толщиной 40 мм, от

времени нагрева (т ,мин) по режиму

«стандартного» пожара (кривая 1).

Цифры у кривых соответствуют

приведенной толщине металла
(Uo'»™)

Рис, 5.63, Зависимость температуры

(f°C) стальной пластины с облицовкой

из сухой гипсовой штукатурки

толщиной 16мм от времени нагрева

(т , мин) по режиму «стандартного)'

пожара (кривая 1). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (f^, мм)
Рис 5.64. Зависимость температуры

(t°C) стальной пластины с облицовкой

из сухой гипсовой штукатурки

толщиной 32 мм от времени нагрева

(т , мин) по режиму «стандартного»

пожара (кривая I). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (^0, мм)
t.'K.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
г.ч.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
о

Рис. 5.65. Зависимость температуры

(f°C) стальной пластины с облицовкой

минераловатными плитами (матами) на

синтетическом связующем толщиной

50 мм от времени нагрева (т ,мин)по

режиму «стандартного» пожара

(кривая 1). Цифры у кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (^ мм)
Рис 5.66. Зависимость температуры

(f°C) стальной пластины с облицовкой

минераловатными плитами (матами) на

синтетическом связующем толщиной

100 мм от времени нагрева (г ,мин)по

режиму «стандартного» пожара

(кривая 1).Цифрыу кривых

соответствуют приведенной толщине

металла (f^, мм)

Раздел 6. ОГНЕСТОЙКОСТЬ

ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.1.	Деревянные конструкции и область их применения
В связи с большими запасами древесины на территории нашей

траны она издавна считается одним из распространенных строительных

[атериалов. Большой размах строительства требовал перехода к

ндустриальным методам изготовления деревянных конструкций. Развитие

имической промышленности способствовало разработке синтетических

одонерастворимых клеев, позволяющих изготовлять индустриальные

еревянные клееные конструкции (ДКК). Возможность индустриального

зготовления ДКК: варьирование качества досок (по сортам) при

юрмировании клееного пакета; снижение влияния пороков при

зготовлении клееных конструкций на прочность и деформативность

ревесины; возможность создания элементов конструкций различных

азмеров сечения и длины, а также большая несущая способность ДКК в

:ловиях пожара за счет их мощных сечений определяют преимущества

:ких конструкций по сравнению с неклееными(из цельной древесины),

ыполненными из брусьев или досок. Наиболее выгодно применять

гревянные конструкции в тех случаях, когда полностью используются

!кие качества древесины, как ее стойкость в агрессивной среде, малая

зъемная масса и возможность высокой механизации работ по обработке

эевесины.
Практика применения деревянных конструкций показала, что в

1,аниях с агрессивной средой эти конструкции служат в 4-5 раз дольше, чем

елезобетонные. При этом расход металла снижается в 2-3 раза, а

>удоемкость работ и сроки строительства - в 1,5 раза[60] Эти

эложительные качества древесины как конструкционного материала и

феделяют область применения деревянных конструкций в отечественном

■роительстве, в частности: строительство зданий сельскохозяйственного

[значения; складов минеральных удобрений; промышленных зданий с

)вышенной агрессией среды; большепролетных зданий общественного

1значения: малоэтажных, каркасных и щитовых домов.
Для производства деревянных конструкций используется, в

-:новном, древесина сосны и ели, а клеефанерные конструкции

1готовляются с применением водостойкой фанеры, выполненной из

■резового шпона. В зависимости от наличия пороков(трещины, сучки и

5,.) различают древесину 1-го, 2-го и 3-го сортов. К ограждающим

.ревянным конструкциям индустриального изготовления, применяемым в

ечественном строительстве, относятся плиты покрытий и панели стен. В

честве несущих деревянных конструкций используются: клееные и

еефанерные балки с постоянной или переменной высотой сечения;

.!таллодеревянные фермы; распорные плоскостные конструкции, к

торым относятся арки и рамы; пространственные конструкции в виде
329

сводчатых и купольных покрытий. На территории России были построены

такие крупные объекты с применением ДКК, как спортивно-зрелищное I

здание в г.Архангельске пролетом 63 м; крытый каток в г.Твери пролетом 58

м; склад минудобрений в морском порту Санкт - Петербурга, пролетом 63

м и высотой в коньке арок 45м и др.
Однако известно, что древесина является горючим материалом,

поэтому применение деревянных конструкций увеличивает пожарную

нагрузку в здании, а распространение огня по конструкциям способствует

увеличению очага пожара, что затрудняет организацию его тушения и

эвакуацию людей из здания. В качестве примера можно привести пожар в

здании спортивного манежа «Трудовые резервы» в г.Минске, в результате

которого клееные несущие конструкции потеряли свою несущую

способность через 25-30 мин после начала пожара.
В связи с увеличением объемов строительства зданий с применением

деревянных конструкций работники пожарной охраны уделяют большое

внимание вопросам совершенствования нормирования противопожарных

требований, оценки пределов огнестойкости таких конструкций и

вопросам их огнезащиты [2].
6.2. Поведение деревянных конструкций в условиях

пожара
В строительстве применяются ограждающие и несущие

конструкции, выполненные с применением древесины и древесных

материалов.
К ограждающим деревянным конструкциям индустриального

изготовления относятся плиты покрытий и панели стен [60]. Эти Ы

конструкции используются при строительстве отапливаемых и и

неотапливаемых зданий и подразделяются на утепленные и неутепленные '

(рис. 6.1). Плиты покрытий на деревянном каркасе могут рассматриваться в Jtj
330
Рис. 6.1. Плита покрытия:

а - холодная; 6 - утепленная;

/-обшивка, 2-ребро,
3 - торцевой элемент,
4 - утеплитель, 5 - продух
h
<

качестве горизонтальных связей, используемых в зданиях пролетом до 24 м.

Изготавливают плиты и панели шириной до 1.5 м, длиной 3 м, 4,5 м, 6 м, 9 м,

12 м и высотой 1/32-1/20 пролета. Утепленные плиты покрытий и панели

:тен состоят из деревянного каркаса, наружной и внутренней обшивок, а

неутепленные - из деревянного каркаса и внешней обшивки. Деревянный

каркас ограждающих конструкций выполняется из цельной древесины, а

три больших пролетах и нагрузках - из клееной древесины. Материалами,

<спользуемыми для изготовления обшивок, являются водостойкая фанера

гипа ФСФ толщиной не менее 8 мм, плоские и волнистые (для наружной

>бшивки) асбестоцементные листы толщиной 0,5-1 мм; стеклопластик

■олщиной 1,5-3 мм, стальные листы.
\	Обшивки крепятся к деревянному каркасу синтетическими клеями
фанерная обшивка) или оцинкованными шурупами. В качестве утеплителя

[спользуются минераловатные плиты на синтетическом связующем,

(озможно также применение фибролита и пенопластов с пониженной

орючестью. С целью исключения возможного загнивания в утепленных

[литах и панелях должна быть обеспечена сквозная естественная

ентиляция внутренних полостей наружным воздухом, которая

'беспечивается в таких конструкциях наличием продухов. В плитах

юкрытия вентиляция осуществляется в продольном или поперечном

вправлениях. При продольном проветривании в торцевых элементах

редусматривается устройство вентиляционных отверстий (рис. 6.1,6). Для

рганизации проветривания в поперечном направлении возможны два

онструктивных решения, первое из которых предусматривает устройство

тверстий в продольных ребрах (рис. 6.2,а), что способствует снижению их

есущей способности, а во втором случае к верхней грани продольных

ебер приклеиваются короткие прокладки, промежутки между которыми

бразуют вентиляционные отверстия, расположенные над слоем утеплителя

эис. 6.2,6). В плитах с

аружной обшивкой из

олнистого асбестоцемента

ли стеклопластикового и

гального листа поперечная

ентиляция обеспечивается

|ерез волны кровельных ли-

гов (рис. 6.2,в). При вентиля-

ии вдоль здания плиты с

родольным проветриванием
Рис. 6.2. Плты покрытия с провет¬

риванием в поперечном направлении:

а - с отверстиями в ребрах;

б-с прокладками, приклеенными к

ребрам; в - с волнистой верхней об¬

шивкой
331

укладываются непосредственно на несущие конструкции (рис. 6,3,а). Для

организации проветривания в поперечном направлении здания (от карниза

к коньку) плиты с продольным проветриванием укладываются на прогоны,

опирающиеся на несущие конструкции, и расположены вдоль ската кровли

(рис. 6.3,6), а плиты с поперечным проветриванием предназначены для

укладки непосредственно на несущие пролетные конструкции (рис. 6.3,в).
Рис. 6.3. Варианты

укладки плит покрытая

при проветривании:

а-вдоль здания;

б, в - поперек здания;
1 - плита с продольным

проветриванием;
2- прогон;
3-плита с поперечным

проветриванием
Конструкция плит покрытий и панелей стен для условий

эксплуатации рассчитывается на прочность и жесткость. При этом плита

покрытия рассматривается как ребристая балка, лежащая на двух

шарнирных опорах, работающая на поперечный изгиб. Панели стен

рассчитываются на сжатие с изгибом.
Из-за небольших размеров поперечных сечений отдельных

элементов ограждающих конструкций, выполненных из древесины и

других горючих материалов, эти конструкции, по сравнению с несущими

деревянными, являются более опасными в пожарном отношении. Одной из

причин обрушения ограждающих конструкций при огневом воздействии

является быстрый прогрев несущих ребер деревянного каркаса. В

утепленных панелях несущие ребра частично закрываются утеплителей,

защищающим их от непосредственного воздействия температуры при

пожаре. По данным огневых испытаний в клеефанерных утепленных

ограждающих конструкциях нижняя фанерная обшивка толщиной 8 мм

прогорает через 7-8 мин. Выход из строя нижней обшивки в плитах

покрытия способствует выпадению утеплителя, защищающего несущие

ребра этих конструкций. То же самое наблюдается и в плитах покрытия с

асбестоцементными обшивками. Хотя асбестоцемент, применение которого

в настоящее время ограничено, является негорючим материалом, для этого

материала, находящегося под воздействием высоких температур при
332

ожаре, характерна взрывообразная потеря целостности. С увеличением

ррвоначальной влажности асбестоцемента наблюдается снижение времени

1) его разрушения, которое может достигать нескольких минут. Так, при

ррвоначальной влажности 4-6% взрывообразная потеря целостности для

носких асбестоцементных листов наступает через 6-8 минут после начала

Жпературного воздействия на конструкцию. Подобное разрушение

гбестоцементной обшивки в ограждающих конструкциях наиболее

1рактерно при пожарах в зданиях с повышенной влажностью, к которым

сносятся объекты сельскохозяйственного назначения. Применение в

ячестве обшивок полиэфирного стеклопластика увеличивает пожарную

аасность ограждающих конструкций, Увеличению пожарной опасности

уепленных ограждающих конструкций способствует применение

ннераловатного утеплителя с повышенным содержанием

|;нолформальдегидной смолы в качестве связующего. Наличие продухов в

]епленных ограждающих конструкциях способствует распространению

|ня в здании и увеличению размеров очага пожара, что затрудняет

ганизацию его тушения. Характерным примером является пожар в здании

ицефабрики г. Вельска Архангельской области, причиной которого

1илось нарушение противопожарных требований во время выполнения

арочных работ. Окалина, попавшая в полость утепленных деревянных

шелей, явилась причиной загорания, а по прибытию дежурного караула,

(устя 30 мин с момента сообщения о пожаре, треть здания обрушилась.
В производстве клееных деревянных конструкций применяются

{единения на клею, позволяющие склеивать доски по пластям (рис. 6.4,а),

юмкам (рис. 6.4,6), а также сращивать их по длине с помощью зубчатого

сыка (шипа) (рис. 6.4,в,г,д). Зубчатые соединения используются и для

сгдинения отдельных элементов конструкций, выполненных под утлом в

зводских условиях (рис. 6.4,е). Отдельные элементы деревянных

внструкций могут соединяться между собой стальными болтами

Игелями). Водостойкие клеи типа: ФР-12, ФР-100, ФРФ-50 и ДФК-1АМ,
Рис. 6.4. Клеевые

единения, применяемые

ри изготовлении ДКК

- склеивание по пласта

досок;
| склеивание по пласта и

кромкам досок;
.1, г, д - зубчатые шипы,

юединяющиедоски по

длине;

е- зубчатый шип,

(едшяющий элемешы

под углом
г
е
333

о
20
40
2
К
Q.
60
80
V4
3 \\
^ ,2 Г*
f ^
используемые в производстве ДКК, изготавливаются на основе

синтетических, термореактивных фенолформальдегидной и резорциновой

смол. При изготовлении деревянных армированных конструкций для

вклеивания в древесину стальной арматуры используется клей типа ЭПЦ-Ц

изготовленный на основе эпоксидных смол холодного отверждения.|

Поведение клеевых соединений в условиях пожара определяется

термостойкостью клеев. На рис.6.5 показан график потери массы при
нагревании различных типов клеев. Как

видно из графика наиболее термо

стойкими являются клеи (ФР-12 и КБ-3)

выполненные на основе резерциновой и

фенолформальдегидной смол, а наи¬

меньшей термостойкостью обладает

эпоксидный клей ЭПЦ-1. Проведенные

экспериментальные исследования с целью

изучения влияния повышенных

температур при пожаре на прочность'

клеевых соединений показали, что их

прочность в необугленной части сечения

деревянного элемента не изменялась [61]

Это объясняется тем, что обуглившийся

слой	древесины	обладает
~0qq термоизолирующей спо-собностью

поэтому внутренняя часть сечения

деревянных клееных кон-струкций

подвергнутых тепловому воздействию,

прогревается медленно. В отличии от

массивных клееных кон-струкций, при

воздействии высоких температур на

фанерные элементы в клеефанерных

конструкциях клеевые швы фанеры

прогреваются быстрее, что приводит к

снижению их прочности. Поэтому до образования в фанерном листе

отверстий может наблюдаться расслаивание фанеры, способствующее!

увеличению скорости ее горения и распространению огня по конструкции.
При выполнении соединений элементов деревянных конструкций

наиболее часто используются стальные нагели в виде болтов, плотно

поставленные в заранее просверленные отверстия диаметром
d„ =0,9d (рис. 6.6), где d - диаметр нагеля. Нагель, препятствуя сдвигу

соединяемых элементов, работает на изгиб, а древесина под нагелем

сминается (рис. 6.6,г). Различают симметричные и несимметричные, а также

односрезные и многосрезные нагельные соединения. В отличии от

несимметричных нагельных соединений у симметричных под воздействием

внешних усилий нагель изгибается симметрично оси соединения. Под
100 200 400
температура t, °С
Рис. 6.5. Зависимость потери массы

клеев от температуры:
1	- эпоксидный клей ЭПЦ-1:
2	- карбомвдный клей К-17;
3-резорциноформаладегидный ФР-12;

4-феналоформальдегидный КБ-3
334

2 N
+
I I
‘
-С
'
,
2±E3-
&
1
о
I
(г

, а
Г'
	(
:
—6
JZ
эпюра a
т—t—
W 'Ж
п—

иЧцщ1^/1и"
1"
ЦТ

Т •
—J—
. а
	р
т
X
ч
н
а
с
Рис 6.6. Нагельные соединения элементов деревянных конструкций:
-	двусрезное симметричное; б- односрезное несимметричное; в - соединение элементов под

углом; г-работа нагеля
резом» понимается шов сплачивания соединяемых элементов,

фесекаемый одним нагелем. В качестве примера на рис. 6.6,а показано

|ухсрезное симметричное, а на рис. 6.6,6 - односрезное несимметричное

»гельное соединение. Снижение несущей способности нагельных

(единений и увеличение их деформативности в условиях пожара

)>оисходит из-за уменьшения изгибной прочности стальных нагелей и

'угливания древесины в нагельном гнезде. По сравнению с нагелями в виде

Мтов, соединения с применением винтов, шурупов, гвоздей обладают

1лее низким пределом огнестойкости, что объясняется меньшей глубиной

it заделки в древесину.
335

	^
На рис. 6.7 показаны конструктивные решения шарнирных узлов

деревянных конструкций. Б несущих конструкциях небольшого пролета,

воспринимающих небольшие нагрузки, используются узлы, выполненные с

применением деревянных, реже стальных накладок (рис. 6.7,в). В

большепролетных деревянных конструкциях, запроектированных под

большие нагрузки, а также для крепления распорных конструкций к

железобетонному основанию и крепления стальной затяжки применяют

соединительные элементы в виде стальных накладок, башмаков, анкеров и

т.д. (рис. 6.7,а,б,г). Предел огнестойкости узлов в деревянных конструкциях

определяется не только несущей способностью нагельных соединений, но и

несущей способностью деревянных и стальных соединительных элементов

(накладок, башмаков). Эти элементы в зависимости от конструктивного ре¬

шения узлов и особенности работы соединяемых элементов имеют различ-
Т L
У
=1 +
т
1 1 -
1 I- 1
—1	1—1
в
Рис. 6.7. Шарнирные узлы деревянных конструкций:

а, б-опорные узлы распорных плоскостных конструкций; в-коньковый узел с накладками;

г-коньковый узел с применением стальных башмаков
336

швы сплачивания
сг<90°
'срезы'
U4
Mn=0,5Qne,
Qn
Рис. 6.8. Конструкциям

расчетная схемы

конькового узла рамы
ое напряженно-деформируемое состояние. Так, на рис. 6.8 показана рас-

етная схема накладки в коньковом узле рамы, работающей на поперечный

згиб как двухшарнирная балка с консолью. Опорами являются нагели,

оторые работают под углом к направлению волокон древесины накладки

элементов рамы. При небольших сечениях стальных соединительных

цементов узлов они имеют меньший предел огнестойкости, чем деревян-

ые. Кроме этого, необходимо учитывать, что под стальными соедини-

эльными деталями (накладками, башмаками), прикрепленными нагелями к

■еревянным элементам конструкции, наблюдается более интенсивное

Зугливание древесины, которое уменьшает предел огнестойкости нагель-

ых соединений за счет снижения рабочей длины нагеля.
Широкое применение во многих областях строительства получили

алочные плоскостные сплошные конструкции в виде дощатоклееных и

\еефанерных балок с постоянной и переменной по их длине высотой

гчения (рис.6.9). С помощью балок перекрывают пролеты от 3 до 24 м.
Рис, 6.9, Дощатоклееные балки:

з - с постоянной по длине высотой сечения; б - односкатная; в - двускатная; г-армированная

стальной арматурой
2473
337

асательных напряжений, способствующих ее скалыванию вдоль волокон,
1	также прочность клеевого шва в условиях температурного воздействия

■ри пожаре снижается быстрее, чем изгибная прочность древесины,

езультаты огневых испытаний, проведенных в ЦНИИСК им. Кучеренко,

оказали, что предел огнестойкости клееных балок с размерами сечения

00x200 мм, 130x200 мм, 130x400 мм, при действии сосредоточенных нагру-

эк, расположенных в 1/3 пролета конструкции, составлял 27-28 мин. При
эотношении размеров поперечного сечения Л/Ь > 6 в условиях пожара

'Ожет наблюдаться потеря плоской формы устойчивости балки, опасность

оторой возрастет с обрушением стальных или деревянных элементов

зязей, а также из-за обрушения ограждающих конструкций. Несущая

пособность армированных балок при пожаре меньше, чем у

еармированных. Это объясняется низкой термостойкостью эпоксидных

\еев при прогреве их до температуры 80-100 °С [63]. С учетом защитного

\оя древесины толщиной 20-40 мм прогрев клеевого шва в армированных

алках до критической температуры происходит через 20-25 мин после

ачала действия «стандартного» пожара. Из рассмотренных конструктив¬

ах решений балок наиболее пожароопасными являются клеефанерные

1лки, что объясняется небольшими размерами поперечных сечений их

цементов. Обрушение клеефанерных балок в условиях пожара может

роизойти за счет исчерпания несущей способности растянутого нижнего

эяса, разрушения клеевого шва, крепящего деревянный пояс к фанерной

:енке, а также выхода из строя самой фанерной стенки. Наличие пустот в

алках коробчатого сечения способствуют распространению огня по

онструкциям.
При определении предела огнестойкости балок из условия

рочности по нормальным напряжениям необходимо учитывать, что в

1лках с переменной по длине высотой, в отличие от балки с постоянной

JCOToft, сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения от

13гиба не совпадают с сечением, в котором наблюдается действие

аксимального момента. Так, для двускатной шарнирно-опертой балки,

■>спринимающей равномерно распределенную нагрузку, сечения с

аксимальными нормальными напряжениями располагаются от опор на
^стоянии дг = (h0j2h (рис. 6.11) [64].
К балочным плоскостным сквозным конструкциям относятся

1зличные типы ферм. Достоинством ферм, по сравнению с балками,

)ляется более рациональное распределение материала в виде поясов и

лементов решетки, что способствует снижению материалоемкости этих

жструкций. Однако большое количество узлов и, в связи с этим, наличие

естких требований к точности изготовления ферм увеличивает

>удоемкость их производства. Стропильные деревянные фермы

жменяются для перекрытия пролетов от 9 до 40 м. В большинстве случаев

эименяют металлодеревянные фермы, в которых сжатые элементы

;;шетки и верхний пояс изготавливают из клееной или цельной древесины,

рямолинейных клееных или неклееных элементов. Верхний пояс в ферме

згментного очертания (рис. 6.12,г) изготавливается из гнутоклееных

лементов. Сегментное очертание такой фермы позволяет снизить усилия в

лементах решетки и при больших пролетах конструкции облегчается

ешение узлов крепления этих элементов к верхнему и нижнему поясам,

онструктивное решение крепления элементов ферм между собой

аполняется нагелями. Из-за небольших размеров сечений деревянных и

гальных элементов, а также большого количества узлов с применением

гальных нагелей и стальных соединительных элементов,

еталлодеревянные фермы имеют низкий предел огнестойкости. При этом,

первую очередь, во время пожара можно ожидать разрушение стальных

цементов фермы, а деревянные элементы способствуют распространению

■ня по конструкции.
Среди распорных плоскостных сплошных конструкций широкое

эименение в практике строительства нашли дощатоклееные арки и рамы.
Применяют следующие типы арок (рис. 6.13): трехшарнирные и

)ухшарнирные пологие арки кругового очертаний (рис.6.13,а,б) со стрелой
эдъема/=(1/б-1/8)^. трехшарнирные высокие арки стрельчатого
тертания со стрелой подъема /=(l/2-l/3)^ (рис. 6.13,в).
Рис. 6.13. Дощатоклееные арки:
I-трехшарнирная арка кругового очертания с затяжкой; б-двухшарнирная арка кругового

очертания; в-арка стрельчатого очертания

Арки склеиваются из досок толщиной 33 мм после фрезерования,

рехшарнирными арками кругового очертания перекрываются пролеты

) м и более. Исходя из условий транспортирования конструкций,

!ухшарнирные арки изготовляются пролетом не более 30 м. В случае

тирания арок на колонны, распор конструкции воспринимается

1Тяжкой, а в случае опирания на железобетонные опоры - этими опорами.
341

Арки ч уельчатого очертания применяют в покрытиях пролетом до 45-60 м

Распор в таких конструкциях передается непосредственно на

железобетонные опоры. На рис. 6.7 показаны конструктивные решения

опорного и конькового узлов арок.
Примером использования трехшарнирных арок кругового

очертания пролетом 63 м в строительстве зданий общественного назначения

является крытый ледовый стадион на 1500 зрителей в г.Архангельске. Арки

стрельчатого очертания нашли широкое применение при строительстве

складов минеральных удобрений.
Дощатоклееными рамами в зданиях различного назначения

перекрываются пролеты от 12 до 30 м. В строительстве применяются

двухшарнирные (рис. 6.14) и трехшарнирные рамы (рис. 6.15). Среди

различных типов двухшарнирных рам наибольшее распространение

получили рамы с жестко закрепленными в основание стойками (рис.6.14,а)

Высота стоек таких рам может превышать 4 м.
Узел А
1	*	1
а
Рис 6.14. Двухшарнирные рамьг

а - с жестко закрепленными в основании стойками; б - жесткими карнизными узлами;
1 - клеестержневое соединение (арматура, вклеенная в древесину с помощью клея ЭПЦ-1);
2	- нагельное соединение

К трехшарнирным рамам, используемым в строительстве,

относятся: рамы из прямолинейных элементов (рис. 6.15,а) и гнутоклееные

)амы (рис. 6.15,6). Гнутоклееные рамы изготавливаются из досок толщиной
Рис. 6.15. Трехшарнирные дощатоклееные рамы:
I - из прямолинейных элементов ригеля и стоек с зубчатым стыком в карнизе; б - гнутоклееная;

в - из прямолинейных элементов ригеля, стоек и подкосов
6-25 мм после фрезерования с радиусом гнутья 2-4 м и высотой стоек до
1,5	м, что обеспечивает условия их перевозки транспортом. Гнутоклееные

>амы пролетом 58 м были использованы при строительстве крытого дворца

порта на 4000 мест в Твери, Трехшарнирные рамы из прямолинейных

/'Лементов (рис. 6.15,в) были запроектированы для строительства крытой

.едовой площадки пролетом 30 м в Центральном парке культуры и отдыха

I Москве.
Распор рам в основном передается на железобетонное основание,

>еже стальной затяжкой, расположенной в основании пола одноэтажных

[ли перекрытиях многоэтажных зданий. Конструкции опорных и

'.оньковых узлов рам показаны на рис. 6.16.
Предел огнестойкости арок и рам выше, чем у ферм, что

|бъясняется более мощными размерами сечения их элементов. Исчерпание

[есущей способности этих конструкций при огневом воздействии может

[аступить из-за потери прочности клееных элементов в сечениях, где

■>ействует максимальный изгибающий момент, а также за счет потери

'стойчивости плоской формы сечений в результате обрушения связей или
343

Рис. 6.16. Узлы клееных рам:

а ■ опорный узел гнутоклееной рамы; б-опорный

узел рамы из прямолинейных элементов ригеля, стоек

и подкосов; в - коньковый узел; 1- стальной башмак;

2 - анкер; 3 - стойка рамы
элементов ограждения, выпол-

няющих роль связей. Кроме

этого, как показал пожар в

здании легкоатлетического

манежа «Трудовые резервы» в

г.Минске, отказ арок и рам

может произойти из-за

потери несущей способности

узлов. В условиях пожара

более опасными являются

арки, в которых распор

воспринимается стальной

затяжкой, обладающей низ¬

ким пределом огнестойкости.

При оценке пределов огне¬

стойкости арок и рам не¬

обходимо учитывать, что

деревянные элементы этих

конструкций работают в

условиях сложного сопро¬

тивления от совместного

действия нормальной силы

сжатия и изгибающего мо¬

мента. В арках максимальный

момент возникает в сечениях,

расположенных в 1/4 пролета

конструкции, от совместного

действия на всем пролете

постоянной нагрузки (соб¬
ственный вес арки и вес ограждающих конструкции) и снеговой нагрузки,

расположенной на половине или части пролета (рис. 6.17,а). Максимальный

момент в рамах наблюдается в зоне их карнизов при совместном действии

постоянной и снеговой нагрузок на всем пролете конструкции (рис. 6.17,6].
г
СП
\
г
1 . Г...1 .1. „1
344
Рис. 6.17. Эпюры изгибающих моментов в трехшарнирных плоскостных распорных

конструкциях от наихудшего сочетания нагрузок;

а - в арке кругового очертания; б - в раме

13. Факторы, определяющие огнестойкость деревянных

онструкций
В условиях пожара снижение несущей способности деревянных

шструкций определяется снижением несущей способности их деревянных

эементов и узловых соединений этих элементов. Снижение несущей

оособности деревянных элементов конструкций происходит из-за

сугливания древесины, что приводит к уменьшению размеров рабочего

счения их элементов, способного воспринимать действующие нагрузки, а

ткже из-за изменения прочности древесины в необуглившейся части

счения. На изменение несущей способности узловых соединений при

пжаре оказывает влияние как обугливание древесины, так и снижение

почности стальных элементов, используемых в конструкциях этих

кдинений (нагели, стальные накладки, башмаки).
По результатам исследований, проведенных во БНИИПО МЧС РФ,

:едложена следующая физическая модель (рис. 6.18) обугливания

(евесины деревянных

инструкций с учетом

«действия на них

Стандартного» пожара,

пючающая два этапа. В

втветствии с рис. 6.18,а

,нвый этап процесса хара-

кризуется интенсивным

тгревом поверхностных

гаев древесины, вызыва¬

нии выпаривание влаги,

шодящейся в древесине, в

«иужающую среду и пере-

шцением ее вглубь сече-

ш элемента. При этом

оюазуется три характер¬

це зоны, в первой из

вторых наблюдается ча-

шчная деструкция дре¬

зины, а значения температур на границах этой зоны соответственно ра-

[Bijг (,<300°С и t2 > 175°С. Во второй зоне при > 100°С происходит

фовое превращение влаги в пар. В третьей зоне температура в древесине

«еблется в пределах 20° < (< 100“С. Через 3-5 мин после начала теплового

в(действия по режиму «стандартного» пожара на поверхности древесины

Э’носительной влажностью не более 9% температура достигает 280-300°С.

Tlj этом начинается карбонизация поверхностных слоев древесины,

«юрая теряет свои первоначальные механические свойства. Согласно

усматриваемой модели начинается второй этап процесса (рис. 6.18,6), где

эиимо зон 1, 2, 3 рассматривается зона 0, в которой при (0 > 300°С
345
Рис. 6.18. Модель процесса обугливания древесины и

распределение темперратуры по сечению деревянных

элементов при «стандартном» режиме пожара:

а - первый этап; б- второй этап

образуется слой угля с неоднородной пористой структурой с усадочным

трещинами. Этот переугленный слой древесины обладает более низкими, п

сравнению с необугленной древесиной, теплофизическими характери
стиками: коэффициентом теплопроводности \ет , удельной теплоемкое™
I
С,ет ■ Процесс обугливания происходит последовательно, распространяяс

от поверхностных слоев вглубь сечения элемента, что приводит <

уменьшению его размеров.	j
Скорость обугливания различных пород древесины колеблется i

пределах от0,6 до 1,0 мм/мин и зависит от изменения и продолжительност)

температурного режима пожара; плотности и влажности древесины

количества сторон обогрева деревянного элемента, а также размеров егс

сечения и шероховатости поверхности. С увеличением плотности,

влажности древесины и размеров сечения деревянного элемента скорость

обутливания снижается, а с увеличением температуры нагревающей сред^

при пожаре, притока воздуха, количества сторон обогрева сечения в

шероховатости поверхности их плоскостей скорость обугливания

древесины возрастает. По сравнению с клееной древесиной, скорост^

обугливания цельной древесины выше. С увеличением продолжительности

температурного воздействия скорость обугливания древесины снижается

Для элементов прямоугольного сечения скорость обугливания древесины

зависит от отношения высоты сечения h к его ширине Ь Так, при обогревг
элемента с трех сторон при h/b= 1 (квадратное сечение) скорост]

обугливания Убоковых граней равна скорости обугливания нижней гран^1
Л
(VSo, = VHJ, а для отношения h/b = 3,4- V>H! = ЬЗУ^. Согласно [49], пр:

расчете пределов огнестойкости деревянных конструкций п

«стандартному» режиму скорость обугливания древесины принимаете/

постоянной. Для древесины (ель, сосна) с влажностью не более 9% значенш!

скорости обутливания цельной и клееной древесины даны в табл. 6.1.
Таблица 6
Скорость обугливания древесины
Наименьший размер
Скстость обугливания древесины V, мм/мин
сечения, мм
клееной
цельной 1
120 мм и белее
0,6
0.8
Менее 120 мм
0.7
1,0 1
Изменение глубины обугливания древесины Z от времени ее нагрет

ва т имеет линейный характер. При этом значение глубины обугливания

равно	||Й
Z = tV,	(6.1)1,
где V -скорость обугливания древесины.
346
t

«!| Защита поверхности элементов деревянных конструкций

незащитными составами и материалами задерживает начало обугливания

девесины и не влияет на скорость ее обугливания. В элементах

•рямоутольного сечения более интенсивно обугливаются углы сечений при

стандартном пожаре», скругление которых наблюдается через 10-15 мин

"осле начала карбонизации древесины. При тепловом воздействии на

цементы деревянных конструкций кроме уменьшения размеров рабочего

учения в результате обугливания древесины наблюдается снижение ее

оочности и упругих характеристик. Неравномерное распределение

мпературы по сечению приводит к тому, что величины механических и

“плофизических характеристик в различных точках данного сечения

вменяются неодинаково. Зависимость изменения прочности и модуля

иругости необуглившейся древесины от температуры, по результатам

поведенных исследований, показаны на рис. 6.19 [46].
а	б
с 30
■’ис. 6.19. Зависимость 2

еханическиххарасте- г25

,-мристикдревесиныот |
, температуры:	^20
а - прочность;	|
5-модуль упругости; |15

в-прочносгносгьна с

тб (для древесины 1-го,
2-го и 3-го сортов)	в
При температуре 230-250°С древесина полностью теряет

(особность сопротивляться действующим нагрузкам. Толщина слоя
температура прогрева, °С
347

древесины, прогретой до значений температуры 230-250°С и находящейся за

фронтом обугливания в пределах зоны 1 (рис. 6.18), составляет 5-6 мм.

Распределение температуры от фронта обугливания к центру сечения

массивных клееных деревянных элементов, меняющейся в пределах от 300°С

до первоначальной температуры в условиях эксплуатации по

гиперболическому закону, приведено на рис. 6.20 [49]. При «стандартном»
режиме пожара толщина такого слоя

древесины формируется в течении 1-
1,5	часов, продвигаясь с пере¬

мещением фронта обугливания

вглубь сечения элемента, сохраняет

свою длину в пределах 40-55 мм. Для

оценки прочности древесины в

конструкциях, находящихся в

условиях пожара, используются
расчетные сопротивления Rj вели¬

чины которых для среднего значе¬

ния температуры в необуглившейся

части сечения, равной 80°С, в зави¬

симости от напряженного состояния

и сортности древесины определи-1,

ются по табл. 6.2. Значения этих,

величин найдены с учетом экспери¬

ментальных результатов, получен¬

ных финскими исследователями. Так

как фактический предел огнестой¬

кости строительных конструкций,

определяется как среднее арифмети¬

ческое значение результатов испы¬

таний отдельных образцов кон¬

струкций, значения расчетных со¬

противлений Rj. назначались, исхо¬

дя из среднестатистических значений пределов прочности древесины,

работающей в различных условиях напряженного состояния [49].	j
При сравнении значений R, в табл. 6.2 с величинами нормативных
'	I
сопротивлений R для различных сортов древесины, указанных в [65],
Расстояние от фронта

обугливания, мм
Рис. 6,20. Распределениетемпературыот

фронта обугливания к центру сечения

клееного деревянного элемента при тепловом

воздействии:
I - в пределах ЗОмин; 2-в пределах 60 мин
оказывается,
что R . Rh
за исключением скалывания вдоль волокон
*.
клееной древесины. Так как за фронтом обугливания имеется слой

древесины толщиной 5 = 5 мм, который не сопротивляется действующим

на элемент нагрузкам, введем понятие - «расчетная глубина обугливания» Z •

348

Таблица 6.2
•’асчетные сопротивления ц для определения фактических пределов

огнестойкости деревянных конструкций
Напряженное состояние
Обозначение
Расчетные сопротивления для

сортов древесины, МПа
2
3
Изгиб
29
26
18
Сжатие н смятие вдоль волокон

древесины
R/c
26
23
16
Растяжение вдоль волокон

древесины
Rft
20
15
-
Растяжение поперек волокон

древесины
Rfu
1,1
1,1
-
Скалывание вдоль волокон

древесины:
Rfqs
цельной
3,7
3,2
2,9
клееной
1.3
1,2
1,1
тот расчетный параметр составляет - Z = Z^+8 (мм), где Zj - толщина

оуглившегося слоя древесины.
.4. Методика расчета огнестойкости несущих

еревянных конструкций
В табл. 12 и 14 Пособия [58] даны значения пределов огнестойкости

пределов распространения огня, полученных экспериментальным путем,

«я различных типов несущих и ограждающих конструкций, выполненных

1 древесины и материалов на ее основе. Эти данные могут быть

!:пользованы при выполнении проектов зданий и сооружений с

оименением деревянных конструкций, а также во время проведения

зотивопожарной экспертизы подобных объектов. Однако необходимо

[есть, что в этих таблицах не указаны причины и места разрушений

осматриваемых деревянных конструкций при огневом воздействии. К

ким причинам относятся уровень нагрузки, действующей на

анструкцию, и вид напряженного состояния. Отсутствие этих данных

Утрудняет более точную оценку возможности применения

усматриваемых типов деревянных конструкций при строительстве

«ъектов с точки зрения требований противопожарных норм, а также

♦зработку мероприятий по их огнезащите. Кроме этого, в указанных

'блицах предоставлена далеко не вся номенклатура конструкций,
349

изготовленных из клееной или цельной древесины, которые применяются в

практике строительства. В связи с этим, в ряде случаев возникает

необходимость оценить несущую способность и предел огнестойкости

деревянных конструкций расчетным путем.
6.4.1.	Расчет предела огнестойкости элементов

деревянных конструкций
Изменение в условиях пожара прочностных, а для древесины и

геометрических характеристик сечений, способствует снижению несущей

способности элементов и узлов деревянных конструкций. Нормальные и

касательные напряжения в сечениях элементов при этом увеличиваются.

Предельное состояние элемента деревянных конструкций при пожаре

наступает в случае достижения нормальными(касательными) напряжениями

от нормативной нагрузки значения величины нормируемой

прочности (расчетного сопротивления) или снижения несущей способности

элемента до величины внутреннего силового фактора. На рис, 6.21
M/Nf)
а	^	б
Рис. 6,21. Зависимость:

а - величины напряжений в сечении от расчетной глубины обугливания; б - несущей

способности от времени действия пожара

показаны графики изменения напряжений в сечении элемента от глубины

обугливания древесины и снижения их несущей способности от времени

действия пожара. Предельное состояние деревянных конструкций,1

элементов и их соединений определяется следующими равенствами:
af(zf) = Rf-

Mf{Nf) = M„(Nn),
(6/2)
(6.3)
Ы1
н}
1
350

I
(
•> ay(ty) - нормальные (касательные) напряжения в расчетном сечении
(Действия нормативных нагрузок; R^ - расчетное сопротивление для

1
оределения предела огнестойкости; М^(Nj) ■ несущая способность
э!мента или конструкции; Mn(Nn) - силовые факторы в расчетном
с(ении от действия нормативных нагрузок. Рабочее сечение деревянного

г-4мента, при достижении которого в результате обугливания наступает

отдельное состояние, называется критическим, а расчетная глубина
а|тливания 2 = Zcr - предельной. Предельное значение глубины
□{тлившегося слоя древесины составляет z =z -8 (мм)-Наименьшее

1
•1чение времени от начала воздействия температуры на конструкцию в

(овиях пожара до наступления предельного состояния ее деревянных или

Фаллических элементов, а также узлов является искомым значением

1дела огнестойкости деревянной конструкции.
Расчет фактических пределов огнестойкости деревянных

пструкций основан на следующих допущениях: нагрев деревянных

|[струкций происходит по режиму "стандартного" пожара; в

аизонтальном и вертикальном направлениях сечения элемента древесина

(тливается с постоянной скоростью; температура в различных точках

ЕИ'бугленного сечения деревянного элемента принимается равной 80“С;

пфчностные, упругие и теплофизические характеристики во всех точках

нйбугленной части сечения принимаются одинаковыми; радиус

:аругления узлов прямоугольного сечения г принимается равным

днчетной глубине обугливания Z . На рис. 6.22 показаны различные схемы

сЛгрева деревянных элементов и конструкций в условиях пожара.
’ис. 6.22. Схемы обогрева деревянных элементов и конструкций в условиях пожара
351

Фактический предел огнестойкости деревянного элемента или

конструкции из условия потери их несущей способности равен
пФ=’со+тсг<	(6'4)
где г0 - время от начала воздействия на древесину температуры при пожаре
до начала обугливания принимается по табл. 6.3; тсг - время от начала

обугливания древесины до наступления предельного состояния при пожаре
Vcr-S)
В формуле (4.4) время тсг - - где скорость обугливания

древесины V определяется по табл. 6.1. В том случае, если Zcr<8
п -ZcrT°

значение -	~
Таблица 6.3
Значение времени до начала обугливания древесины
Способ огнезащиты
Время , мин
Без огнезащиты и при обработке антипиренами
4
Г ипсокартонный лист:
ГКЛ (6=10 мм), ГОСТ 6266-89

ГКЛ (5=12,5 мм), ГОСТ 6266-89
И
14
Песчано-цементная штукатурка толщиной 20-25 мм по металлической

сетке
30
Полужесткая негорючая минераловатная плита толщиной 50 мм

(ГОСТ 9573-89)
30
Асбестоцементноперлитовый плоский лист толщиной 10-12 мм
15
Вспучивающиеся покрытия:

ВПД (4 слоя), ГОСТ 25130-82

ОФП-9 (2 слоя), ГОСТ 23790
8
8
Как видно из формулы (6.4) для определения предела огнестойкости

деревянного элемента необходимо знать значение предельной глубины
обугливания, Zcr , которую можно определить, используя зависимость

"напряжение - расчетная глубина обугливания"(рис, 6.21,а) и равенство (6,2

При определении предела огнестойкости узловых соединений элементов

деревянной конструкции используется зависимость "несущая способность
-	время действия пожара"(рис. 6.21,6) и равенство (6.3).
В условиях пожара, из-за обугливания древесины происходит

изменение геометрических характеристик расчетного сечения деревянного

элемента или конструкции. Прямоугольное сечение высотой h и шнрино
6	, при h < Ь , имеет следующие геометрические характеристики: площадь

А , момент сопротивления W , момент инерции / , статический момент S
352

ри обогреве этого сечения с трех или четырех сторон, изменение

гсометрических характеристик учитывается соответствующими
,.>эффициентами ^з’^з’^/з’^з и	■ Коэффициент
вменения геометрической характеристики при пожаре определяется

недующим образом:
геометрич. характеристика при пожаре

геометрия, характеристика до пожара

Зависимость значений этого коэффициента от расчетной глубины

пугливания Z и размеров сечения А и 6 для различных схем обогрева

очения деревянного элемента показана в виде графиков на рис. 6.23-6.28

|9]. С помощью этих графиков определяется предельная глубина
1>угливания древесины 2^ , величина которой не должна превышать 0,25

нименьшего размера сечения до пожара, что соответствует штрих-

1'нктирной линии и области на графиках, расположенной ниже этой

[нии. При использовании этих графиков необходимо учитывать, что в

:висимости от схемы обогрева, а для таких геометрических

■рактеристик, как А , а также W, I, S относительно осей X или Y

гачения соответствующего коэффициента Ц рассматриваются в виде
дикции г; = Лф-.z/h) или г) = f(b/h\Z/b)- Эти данные в зависимости

<• схем обогрева прямоугольного сечения, показанных на рис. 6.22,

1'иведены в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Коэффициент т\ как функция отношений: h/b; z/h и b/h; zjb в

зависимости от схемы обогрева прямоугольного сечения
Г еометрнчеспя

характеристика
Коэффициент Tj
обогрев с трех сторон
обогрев с четырех сторон

(схема 3)
А
Схема 1 = f(h / b,Z / А) -рис 6 23

Схема 2 T}Ai = f(hlb.Zlb) -рне.623
TJ^4 = f(h / 6; Z / А) - рнс 6 27
Wx
Схема I - рис 6 23; Схема 2 - рнс 6.24
= f{h/b-,z/h)
~ /(Л/А. Z/Л) - рис 6 27
w,
Схема I - рас 6 24, Схема 2 • ркс 6 23

т?гз =f(b/h.Z/b)
Vir 4 - f(bl h'.Z / b) - рнс 6 27
Is
Схема I - рас. 6 25, Схема 2 - рис 6 24
r\u=f{hlb-.ZIk)
TJ/4 = /(A ! b\Z ! h) - рис 6 28
Схема I - рнс. 6.24, Схем» 2 - рис 6 25
rt, 1 =/(bfh-,Zfb)
4]4 = f{b / A, Z /b) - рис 6 28
sx
Схема I - рнс 6 23, Схема 2 - рис 6 26
7>я =/(*/»;Z//1)
= f(h /b,Z i A) • рнс 6 28
J2473
353

z/h(z/b)
Рис. 6.23. Зависимость коэффициентов изменения геометрических характеристик сечения j

Пя и -площади и момента сопротивления от отношения расчетной глубины обугливания .

к высоте (z / А ) и ширине (z / Ь ) сечения при обогреве с трех сторон. Цифры у кривых сосгг* ^

ветствугот отношению высоты сечения к его ширине (l ^ А /' 6 < 7 ) и отношению ширины ^

сечения к его высоте (* / А £ 1)
354

z/h(z/b)
?! 6.24. Зависимость коэффициентов изменения геометрических характеристик сечения *7 {3
и Лр3 - момента инерции и момента сопротивления соотношения расчетной глубины
«(гливания к высоте (z / Л ) и ширине (z lb) сечения при обогреве с трех сторон. Цифры у
к}вых соответствуют отношению высоты сечения к его ширине (l 5 hib s в) и отношению
ширины сечения к его высоте (ь/ h£\)
^2473	3 55

7
3
0
^ 5

X
7
7— 7
0
IS
от
X-
/
-r4-
^10
Л
ч
"S"
075
-^0.5
—\
SK 4
<<<
A-
4V
>:
-A
=4^
4
bv-
V
"s,
s, 4
,
О	0.05	0.10	0.15	0 20	0.25
z/h(z/b)
z/h(z/b)
Рис 6.25. Зависимость коэффициента изменения геометрических характеристик сечения Vf]

и Л si -момента инерции и статического момента от отношения расчетной глубины

обугливания к высоте (z / h) и ширине (z! b) сечения при обогреве с трех сторон. Цифры У

кривых соответствуют отношению высоты сечения к его ширине (l £ k/b <. 7) и отношению

ширины сечения к его высоте {ь! h s l)
356

z/h
Рис. 6.26. Зависимость коэффициента изменения геометрической характеристики 3

сгического момента от отношения расчетной глубины обугливания к высоте сечения {z / Л

Цифры у кривых соответствуют отношению высоты сечения к его ширине (л / Ь)
357

z/h(z/b)
z/h(z/b)
ис. 6.28. Зависимость коэффициентов изменения геометрических характеристик сечения

Л14 и - момента инерции и статического момента от отношения расчетной глубины

обугливания к высоте (2/л)иширине (z / Ь ) сечения при обогреве с четырех сторон.

Ифры у кривых соответствуют отношению высоты сечения к его ширине (l £ Л / b £ 7) и

отношению ширины сечения к его высоте {ь! h s |)
359

Предельная глубина обугливания для составных сечений деревянных I

элементов, выполненных из отдельных брусьев, при ширине зазора,!

превышающего 7 мм, определяется с учетом уменьшения размеров в1

результате обугливания каждого из элементов составного сечения. При-]

несимметричном обогреве центрально и внецентрально нагруженных)

деревянных элементов необходимо учитывать смещение центра тяжести]

сечения в результате обугливания относительно точки приложения!

внешнего продольного усилия. Порядок определения предела огнестойкости I

для центрально-растянутых, центрально-сжатых (из условия прочности)

деревянных элементов при обогреве сечения с четырех сторон и

поперечно-изгибаемых (из условия прочности) по нормальным

напряжениям при обогреве элементов с трех или четырех сторон

выполняется в следующей последовательности: в зависимости от характера :

работы деревянного элемента определяется значение коэффициента" ;

снижения геометрической характеристики Г}\ в зависимости от схемы"
обогрева на рис. 6.22 и данных в табл. 6.4 находят отношение А/б или b/h!% ,

используя графики на рис. 6.23-6.28, с учетом геометрической]

характеристики, входящей в формулу для определения коэффициента т}„
вычисляют значение отношения zcrlh(zcrlb) и, умножив это отношение'
на И или ь . находят значение Zcr ; по формуле 6.4 вычисляют искомый

предел огнестойкости деревянного элемента. В том случае, если точка

пересечения параметров т\ и h/b{b/h) на графиках (рис 6.23-6.28)

находится на штрихпунктирной линии или расположена ниже этой линии,J

значение предельной глубины обугливания Zcr принимается равным 0,25 '

наименьшего размера сечения деревянного элемента до пожара.
Покажем на примере порядок определения значений коэффициента"]

т) для центрально-растянутых и центрально-сжатых (из условия!

прочности) деревянных элементов, обогреваемых с четырех сторон.

Используя равенство (6.2), имеем:
для центрально-растянутого элемента
с ft = R ft'	(65)
для центрально-сжатого элемента (из условия прочности)
а{с ~ Rfi-	(6-6)t
Представим значения нормальных напряжений в виде равенств:
N,	N.
ЛпГ1л4
и подставим в формулы (6.5, 6.6).
360

Тогда:
N.
Ап^ЛЛ
N,
=v
1—=R*’
АпПал
i.e Ап - площадь сечения элемента до пожара нетто; Nn - усилие

^стяжения или сжатия от нормативной нагрузки; R^ и R^, - расчетные
"противления для определения предела огнестойкости растянутых и

катых деревянных элементов, значения которых даны в табл. 6.2.
Отсюда значение коэффициента riA4 , учитывающего уменьшение

ющади сечения при пожаре для центрально-растянутого и центрально-

катого (из условия прочности) деревянных элементов соответственно

|бны:
Чал '
"п
_Zn_.
(6.7)
An*ft
~V
Nn
(6.8)
AnRfc
~ V
^4 =
Аналогично значения коэффициентов r}w3 и %,4 , учитывающих

)еньшение момента сопротивления деревянного элемента (из условия

ючности изгибаемого элемента по нормальным напряжениям),

согреваемого с трех или четырех сторон, равны:
Чи'з :
% 4 -
мл
_ CT« .
W/w
” V
Mn
~Rfi>
(6.9)
(6.10)
С; Wn - момент сопротивления сечения элемента до пожара нетто; Мп -

«гибающий момент в сечении от нормативной нагрузки; - расчетное
Спротивление для определения предела огнестойкости изгибаемых

«евянных элементов, значение которого дано в табл. 6.2.
361

При отсутствии ослаблений в расчетном сечении значения Ап и Wn
в формулах (6.7- 6.10) приравниваются площади Л и моменту

сопротивления W сечения брутто.
Таким образом, для рассмотренных случаев значение

коэффициента изменения геометрической характеристики деревянного

элемента в условиях пожара можно выразить общей формулой через
напряжение в сечении стп от действия нормативной нагрузки, определя¬

емое в зависимости от характера работы элемента, и расчетное сопротивле¬
ние для определения предела огнестойкости д
7
V -'
R
(6.11)
/
При обугливании растянутого или сжатого элементов,

обогреваемых с трех сторон, между линией действия усилия растяжения
или сжатия Nn и осью, проходящей через центр тяжести необугленного

сечения элемента, возникает эксцентриситет, значение которого равно
= Z/2 • гАе Z ■ расчетная глубина обугливания. В этом случае элементы
работают на растяжение с изгибом или сжатие с изгибом, а их предел

огнестойкости определяется как для элементов, работающих в условиях

сложного сопротивления.
При определении предельной глубины обугливания ZCT для оценки

предела огнестойкости центрально-сжатого элемента (из условия

устойчивости), обогреваемого с четырех сторон, изгибаемого элемента из

условия прочности по касательным напряжениям и устойчивости плоской

формы деформирования (рис. 6.29), а также элементов, работающих в
условиях сложного сопротивления,

обогреваемых с трех или четырех сторон,

необходимо построить график зависимо¬

сти значений напряжений <Гу(ту) от рас¬

четных значений глубины обугливания Z ■

Оценка предела огнестойкости деревянных

элементов в этом случае выполняется в

следующей последовательности: про

извольно задаются расчетными значе
Рис 6.29. Потеря устойчивости плоской формы

д еформирования изгибаемого деревянного элемента

ИЯМИ глубины обугливания Zx ,=Zp ,-+<5 < 0,25b при b<,h\ в зави-

имости от схемы обогрева (табл. 6.4 и рис. 6.22) определяют отношения

/b(b/h) и Zj у/a(Zj -/б). а с помощью графиков на рис. 6.23 - 6.28
аходят значения коэффициентов r/l jT учитывающих изменение

юметрических характеристик (a,W,I,s) ', затем вычисляют значения

ээффициентов	зависящих от изменения
асчетной глубины обугливания Z, и входящих в расчетные формулы; в

оеделах заданных значений глубины обугливания определяют величины

лпряжений оу[ Дт^-] ,) или параметра Y^ , , используемого при расчете

:тойчивости деформирования плоской формы сжато-изгибаемого

лмента; строят график зависимости Дту] i)-Zl , или Y,• >
|1Я предельного состояния, при котором	а также для
нвенства Уу = 1 с помощью построенного графика находят значение
недельной глубины обугливания Z^ ; далее по формуле (6.4) определяют

недел огнестойкости деревянного элемента.
В том случае, если значения напряжений а^Дгу), найденные при
|.счетной глубине обугливания Z = 0,25b(b < h), меньше значения

]счетного сопротивления r , за предельную глубину обугливания
снимается величина - zcr = 0,25b-
Предел огнестойкости поперечно-изгибаемого деревянного

'емента, а также элемента, работающего в условиях сложного

(противления, назначается по минимальному значению предела

(нестойкости, вычисленного из условия прочности по нормальным и

(сательным напряжениям, а также из условия устойчивости плоской

Ормы деформирования.
Ниже приведены формулы для расчета значений нормальных
jri ;, касательных ( напряжений и параметра	а также
>эффициентов и геометрических характеристик, зависящих от расчетных
Нчений глубины обугливания Z, (.
363

центрально-сжатый элемент (из условия устойчивости) при обогреве по |

всему периметру
N.
V1.J
(6.12)1
где а - площадь сечения брутто; <р^ i - значения коэффициента!

продольной устойчивости.
В формуле (6.12) значения коэффициента <Ру, ; вычисляются!
зависимости от значений гибкости i [66]:
при Ay, < 90 - упруго-пластическая стадия работы
4>f 1.J
= 1-0,625
100
при A-jx j >90 - упругая стадия работы
4000

•Р/l...i - 72 ■

A/l...i
где
Я/1...1 = Zo/ifi.j ' а i0 ' Расче™ая Али
на элемента; г
(6.13)
(6.14)
радиуса инерции.
Согласно[65] расчетная длина элемента £о = , где ц - коэфЧ
фициент, зависящий от закрепления элемента на опорах (рис. 6.30); £ - геД

метрическая длина элемента.
Значения радиуса инерции сечения вычисляются по формуле:
N N N
364
I .
Ь
Г
Рис. 6.30. Расчетная длина сжатого ]
А X X А элемента в зависимости от закрепления его fc*

to=2r2t t0=t to=0,8t t0=0,6St to=0,5t	на опорах
Ч

Ге / и а - момент инерции и площадь сечения до пожара брутто.
Для прямоугольного сечения высотой h и шириной ь значения
>	адиуса инерции равны:
относительно оси х
/Л ,=0,289AJ^-;	(6.16)
относительно оси у
<Л j =0,2896	(6.17)
(е значения коэффициентов Г]п и Т]А1 ; , учитывающих изменение
юметрических характеристик	определяются по табл.6.4, рис. 6.22 и
«фикам на рис. 6.27, 6.28.
Поперечно-изгибаемый элемент

Из условия прочности по касательным напряжениям
QnSrls[...i
(6.18)
:е Qn - поперечная сила в расчетном сечении от нормативной нагрузки;
-	статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения
;емента относительно нейтральной оси до пожара [s=bh}f8 ' Для
аямоугольного сечения относительно оси X); I - момент инерции брутто

«перечного сечения элемента относительно нейтральной оси до пожара
i = bh3 /l2 ■для прямоугольного сечения относительно оси xY b - ширина

чения элемента; к - коэффициент, равный 2 (для схемы обогрева 1 и 3 на

|с. 6.22) и равный 1 (для схемы обогрева 2 на рис. 6.22); Zx , - расчетные
1ачения глубины обугливания (Zj ,<0,256 при b<h); rjsI ,, r)nj -

:ачения коэффициентов, учитывающих изменение геометрических

характеристик сечения (s,l), определяемых по табл. 6.4, рис. 6.62 в
графикам на рис. 6.24, 6.25, 6.26, 6.28;
из условия устойчивости плоской формы деформирования
где Мп - максимальное значение изгибающего момента на

рассматриваемом участке (jp , W - момент сопротивления расчетного
сечения до пожара брутто относительно нейтральной оси ( цг = Д - для

прямоугольного сечения шириной Ъ и высотой h относительно

нейтральной оси х): V/mI.j ■ значения коэффициента, учитывающего
устойчивость плоской формы деформирования; 7)w| - значение

коэффициента, учитывающего изменение геометрической характеристики

(W )■ определяется по графикам на рис. 6.23, 6.24, 6.27.
Значения коэффициента	в формуле (6.19) для элемента
прямоугольного сечения шириной ь и высотой л, не имеющего

закреплений из плоскости по растянутой от изгибающего момента кромке,

равны:
где К^ф - коэффициент, зависящий от формы изгибающих моментов на
участке i^ и определяемый по формулам, приведенным в табл. 6.5;
' значения коэффициента, учитывающего переменную высоту
сечения изгибаемого элемента, определяются по табл. 6.5 (j=l -для
элементов с постоянной высотой сечения); i^ - длина участка между

точками изгибаемого элемента, подкрепленными связями из плоскости;

и = 1 - для схемы обогрева 1 и п - 2 - для схем обогрева 2 и 3 (рис. 6.22);

К = 2 - для схем обогрева 1 и 3 и К = 1 - для схемы обогрева 2 (рис. 6.22). В
(6.20)
366

ом случае, если значение произведения <р^м1 jT]wI . > 1 - устойчивость

лоской формы деформирования по формуле (6.19) можно не проверять.
При определении в табл. 6.5 значений параметра /З^-, (. необходимо

читывать изменение высоты сечений изгибаемого элемента

'/1	1 j в результате обугливания сторон прямоугольного
гчения при различных схемах его обогрева.
Таблица 6.5
Значения коэффициентов	, используемых при расчете
на устойчивость плоской формы деформирования изгибаемых

элементов прямоугольного сечения
367

К элементам, работающим в условиях сложного сопротивления,

относятся элементы, работающие на косой изгиб; растяжение с изгибом;

сжатие с изгибом.
Косой изгиб
Значения нормальных напряжений в элементе, воспринимающем

усилие, направление действия которого не совпадает с направлением одной

из главных осей его поперечного сечения, определяются по формуле:
М
",У
(6.21)
где Мпх и Мп у - составляющие изгибающего момента Мп для осей х и

Y (рис. 6.31) от действующей нагрузки Чп cosa z = cosа)

Чп sina (**„ - мп slna j; Wx и Wy - моменты сопротивления сечения до

пожара брутто относительно осей xnY< Vwi / ' значения коэффициентов,
учитывающих изменение моментов сопротивления Wx и W при пожаре и

определяемых в зависимости от схемы обогрева по табл. 6.4, рис. 6.22 и
В формуле (6.21) значения моментов сопротивления для|

прямоугольного сечения равны:

""I.../
M4. i=M<ln'hNn(eO'hefl..J
0> .
б
&
+ > ZT
—l+Nn
1 р 1
Мщ =Nn(e0+en

в
,)
•ic. 6.32. Деревянный эле-

■ент, работающий на рас*

гжение с изгибом и обо-

эеваемый с трех сторон:

при центральном натру*

жении усилием Nj

I, в - при внецентренном

-шгружении усилием N
Растяжение с иэгибом(рис. 6.32).
Нормальные напряжения в расчетном сечении элемента равны:
к
MnRj,
(6.22)
лпПл\..л wn
,е Nn и Мп - усилие растяжения и изгибающий момент в расчетном
•чении от действия нормативной нагрузки; Ап и Wn - площадь и момент

'противления расчетного сечения до пожара нетто (при отсутствии

( 2473	3 69

(////j v//(
'^pCa
>ис. 6.33. Деревянный

•еменг, работающий на

катае с изгибом и обо-

вваемый стрех сторон:

■ при центральном на¬

рушении усилием N;

в - при внецешренном

лружении усилием N
и Nn и Мп - усилие сжатия и изгибающий момент в расчетном сечении
1 действия нормативной нагрузки; Ап и Wn - площадь и момент

шротивления расчетного сечения до пожара нетто (при отсутствии

1лаблений Ап-А и Wn=W)\	- значения коэффициента,
'итывающего дополнительный момент в расчетном сечении от действия

млия сжатия Nn; rjAl , ;r?wl , -значения коэффициентов, учитывающих

1менение геометрических характеристик (а„,^„) при пожаре,

1
определяются по табл. 6.4, рис. 6.22 и графикам на рис. 6.23, 6.24, 6.27);
и R^ - расчетные сопротивления для определения предела огнестойкости

деревянного элемента (даны в табл. 6.2.).
В формуле (4.23) значения коэффициента i равны:	|
*	,=1	f	(6.24)
' • 4000*^,.,-
где значения гибкости	определяются для оси х (в плоскости
рассматриваемого элемента) с учетом радиуса инерции i^ i, значения

которого для прямоугольного сечения вычисляются по формуле (6.16), а

коэффициенты г\п ( и Т)А, j определяются в зависимости от схемы

обогрева на рис. 6.22 и по табл. 6.4; А - площадь сечения брутто.
Если сжато-изгибаемый элемент обогревается с трех сторон,
значения изгибающего момента в формуле (6.23) будут равны Мп = Мп1 .
На рис. 6.33 показаны различные схемы нагружения элемента продольным

усилием сжатия Nn и поперечной нагрузкой	вызывающей
изгибающий момент Mqn(Mpn). Значения эксцентриситета е^ i в

формулах для определения MnL J (рис. 6.33) составляет - еi = Zj j/2

где Z, j - значения расчетной глубины обугливания древесины. Знак минус]

в этих формулах используется в связи с тем, что усилие Nn с]

эксцентриситетом ее приложения еа или е^ ( уменьшает величину]
изгибающих моментов Мqn (мрп ) и Nn е0 ■
Для расчетных схем, показанных на рис. 6.33, значения]

/1.../ = Мп yjfe /Ui в формуле (6.23) будут равны:
	Мрп__ N*ef\.j ..	(6 25],
372

MnL,j Mqn Nn[eo + ef 1..,)
(6.26)
%/l.J
Mn\Nn[eo+efl...i)
(6.27)
В формулах (6.25-6.27) значения коэффициента j определяются
та формуле (6.24), а поправочного коэффициента j ( вычисляются в

оответствии со следующей формулой:
Ае аJH = 1,22 - для эпюры изгибающих моментов Л/ треугольного
чертания от действия сосредоточенной нагрузки ^ ; <2^= 0,81 - для
пюры изгибающих моментов Nneу, ; и Мпев прямоугольного очертания.
Значения коэффициента	(., на которые умножаются
оэффициенты	используются только для шарнирно-опертых
.лементов, имеющих треугольное очертание эпюры изгибающих моментов

т действия поперечной сосредоточенной силы Рп , а также при эпюрах

згибающих моментов прямоугольного очертания.
При обогреве элемента с четырех сторон значения эксцентриситета
'f\,j для определения изгибающих моментов Мп] ,]^/\ ; по формулам
5.25-6.27) и изгибающих моментов Мп1 ,. по формулам на рис. 6.33

ринимаются равными нулю.
Для элемента, работающего на центральное сжатие до пожара
еа = 0 ), при его обогреве с трех сторон во время пожара значения Мп
формуле (6.23) равны Мп =Мп1 ,• = NZij/2.
Насчет предела огнестойкости сжато-изгибаемого деревянного

лемента из условия прочности по касательным напряжениям (т^) от
(6.28)
373

действия поперечной нагрузки выполняются с использованием формулы!

(6.18). При этом значения касательных напряжений j делятся на |
значения коэффициента , вычисленные по формуле (6.24).
При расчете предела огнестойкости элемента из условия 1

устойчивости плоской формы деформирования используется следующая

формула [65]:
N.
Vl-i
М.
(6.29)
где значения коэффициентов: (. (относительно оси у, т.е. из плоскости
рассматриваемого элемента), tpj-^ j и , определяются соответственно
по формулам (6.14, 6.20 и 6.24); A, W - площадь и момент сопротивления

расчетного сечения до пожара брутто; т = 2 - для элементов без

закрепления связями растянутой зоны из плоскости.
Порядок определения предела огнестойкости деревянных элементов

в зависимости от характера их работы показаны на рис. 6.34-6.43.
Дано:
Рис. 6.34. Блок-схема для определения предела огнестойкосш центрально-растянутого и
центрально-сжатого (из условия прочности) деревянных элементов при их обогреве с четырех
сторон.
374

Дано:
не. 6.35. Блок-схема мя определения предела огнестойкости центрально-сжатого (из условия
устойчивости) деревянного элемента при его обогреве с четырех сторон
375

Дано:
Обогрев с 3 - х сторон	Обогрев с 4 - х сторон
(схема 1 на рис. 6.22)	(схема 3 на рис. 6.22)
Рис. 6.36. Елок-аема для определения предела огнестойкости изгибаемого (из условия
прочности по нормальным напряжениям) деревянного элемента при его обогреве с трех или
четырех сторон
376

Дано:
Рис. 6,37. Блок-схема для определения предела огнестойкости изгибаемого (из условия
вчносги по касательным напряжениям) деревянного элемента при его обогреве с трех или
четырех сторон
377

Дано:
Рис.6.38.Блок-схемадляопределенияпредедаогнесгойкостиизгабаемого(изусловия щ

устойчивости плоской формы деформирования) деревянного элемента при его обогревестра j С

или четырех сторон
378

Дано:
Рис 6.39. Блок-схема для определения предела огнестойкости деревянного элемента,
ротающего на косой изгиб (из условия прочности по нормальным напряжениям), при его
обогреве с трех или четырех сторон
379

Рис. 6.40. Блок-схема для определения предела огнестойкости деревянного элемента, рабо¬
тающего на растяжение с изгибом (из условия прочности по нормальным напряжениям), Щ*
его обогреве с трех или четырех сторон
380

Дано:
Рис 6.41. Блок-схема дм определения предела огнестойкости деревянного элемента,
(Питающего на сжатие с изгибом (из условия прочности по нормальным напряжениям), при
его обогреве с трех или четырех сторон
381

Дано;
Рис 6.43. Блок-схема д\я определения предела огнестойкости деревянного элемента,
вбегающего на сжатие с изшбом (из условия устойчивости плоской формы деформи*
рования), при его обогреве с трех или четырех сторон

/д./ - формула!6.17)
i/t„j - формула(б .16)
Ая../=
V'/!.../
щ .-форму
пы(6.13;6.14)
|улы(6Д6Л)
Щи-форму®(625 627)
Y/ij • формула (6-29)
Стропи график
Li
ifyxut.j' табл йП
(0 - рис. 6.30
t0 - рис. 6.30
?*ш.,--формула(6.20)1
Находим^

Г,= 1
у-табл. 6.1
Я,-формула (6.4)
384
Рис 6.43. Блок-схема для определения предела огнестойкости деревянного элемента, (
работающего на сжатие с изгибом (из условия устойчивости плоской формы деформи¬
рования), при его обогреве с трех или четырех сторон (продолжение)	*

14.2. Расчет предела огнестойкости соединения

я стальных цилиндрических нагелях
Несущая способность нагельного соединения утрачивается в

рзультате уменьшения размеров соединяемых деревянных элементов и

древянных накладок, вызванного обугливанием древесины, а также

сижением прочностных характеристик древесины и стали, из которой

готовлены нагели и соединяющие элементы.
За предел огнестойкости нагельного соединения элементов

древянных конструкций принимается минимальное время наступления

седельного состояния самого нагельного соединения или используемых в

тструкции узла соединяющих элементов, выполненных в виде стальных

бимаков и деревянных или стальных накладок.
Рассматривается метод оценки предела огнестойкости односрезного

симметричного и двусрезного симметричного соединений, выполненных

рименением деревянных или стальных накладок (рис. 6.6, 6.7).
При действии температуры при пожаре древесина у наружных

чцов стальных нагелей дополнительно выгорает на глубину 10-12 мм [67].

учетом слоя необуглившейся древесины глубиной 5 мм, в пределах

[горой древесина не сопротивляется нагрузкам, можно считать, что

•гель не работает в условиях пожара на участке нагельных гнезд длиной

. 17 мм (рис. 6.44). Как в условиях эксплуатации, так и во время пожара

агдельное состояние нагельного соединения достигается в результате

1‘змерного обмятия древесины под нагелем или из-за потери несущей

'Ысобности самого нагеля, работающего на изгиб. По аналогии с

'фрмулой (6.3) предельное состояние нагельного соединения в условиях

н-кара описывается следующим равенством:
if Гу - минимальная несущая способность нагельного соединения,
шходящаяся на один шов сплачивания («срез»), пересекаемый одним

Н'елем, из условия смятия древесины под нагелем или изгиба самого
игеля; Тп - усилие от нормативной нагрузки, приходящееся на один шов
стчивания, пересекаемый одним нагелем.
Значение усилия Тп , воспринимаемого нагельным соединением равно:
(6.30)
N,
П
(6.31)
г( Nn(Nni,Nп2) - усилие от нормативной нагрузки, действующее на
ьели (рис.6.8); пср - число расчетных швов или «срезов» [пср =1 - для

251473	385

Рис. 6.44. Расчетная схема к определению предела огнестойкости нагельных соединений деревянных элементов:

а - двусрезного симметрич-ною; б- односрезного несимметричного; 1 -распределение температуры нагеля; 2-распределение
,	темпrpeTypbj (среднее значение) в нагеле

одосрезного и пср = 2 - для двусрезного соединений); пи - число нагелей,
^принимающих усилие Nn . На рис. 6.8 каждое из усилий Nnl или Nn2

^принимается двумя нагелями, каждый из которых пересекается двумя

вами сплачивания, «срезами».
Предел огнестойкости деревянных накладок и стальных элементов в

«единении определяется в соответствии с методикой, изложенной в

р;делах 5 и 6.
Для оценки предела огнестойкости нагельного соединения

иобходимо определить минимальное значение времени, в течение

ягорого значения несущей способности из условия смятия древесины в
шельном гнезде Т^ или несущей способности из условия изгиба нагеля
г. достигают величины усилия Тп .
Изменение несущей способности из условия смятия древесины под

льным нагелем и изгиба самого нагеля в условиях пожара зависит не

сько от обугливания деревянных элементов, но и от изменения прочности

[весины и стали.
Как было указано в разделе 5, прочность стали Rlem = Ry„y,em при
псаре зависит от коэффициента у!ет , значение которого оценивается по
цаным табл. 5.2. Для нагелей нормативное сопротивление Ryn принимается

зжым 280 МПа. Прочность древесины, работающей на смятие под

:иьным нагелем, в соответствии с [65, 67] оценивается расчетным
противлением RjCM= 0,64Л jcKa , где R - расчетное сопротивление для
31еделения предела огнестойкости дано в табл. 6.2; Ка - коэффициент,

тывающий смятие древесины под углом а к волокнам, значения

«эрого согласно [65] даны в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Значения коэффициента Ка в зависимости от смятия древесины
под углом а
гол а, град
Коэффициент К, в зависни)ста от диаметра стального нагеля, им
12
16
20
24
30
0,95
0,9
0,9
0.9
60
0.75
0,7
0,65
0,6
90
0.?
0,6
0.55
0,5
Г473
387

В соответствии со схемой на рис. 6.8 деревянная накладка сминается

нагелем под углом а = 90°, а элементы конструкции под углом а <90
Для определения коэффициента ytem по табл. 5.2 необходимо знать

температуру нагеля, которая вдоль его длины распределяется

неравномерно. Однако для облегчения расчетов предела огнестойкости

нагельного соединения будем использовать среднее значение температуры

t , равномерно распределенную по длине нагеля (рис. 6.44). Нагрев нагеля
происходит за счет повышения температуры среды f по «стандартному»

режиму, действующей на торцы нагеля, и температуры обуглившегося слоя

древесины, среднее значение которой принимается равным 600°С.
В пределах необутленной части деревянных элементов теплообмен

стального нагеля с древесиной не учитывается. Карбонизация древесины,
не имеющей огнезащиты, наблюдается через т =4 мин (240 сек) при
достижении на ее поверхности температуры 280-300°С. Для определения

изменения среднеобъемной температуры среды от времени, .

воздействующей на древесину до момента начала ее карбоназиции,

использовалась следующая экспоненциальная зависимость [68]:
где т - время действия пожара, сек; tm - максимальная температура (“С)
т
среды, равная температуре tB при т = ~ ; tH - начальная температура >-
I Jr..
среды, равная 20°С; Ktem - постоянный коэффициент.	1 W
С целью описания изменения температуры среды для

«стандартного» пожара, определяемого по формуле (4.6) при V~l

значения tm и Klem в выражении (6.32) подбирались методом наименьших р(,

квадратов. Для времени действия пожара т в пределах от 0 до 10 мин

(600 сек) постоянные значения этих параметров равны: tm = 701,33'С,
Кюп = 5,65-10 3. Согласно [68], средняя температура в нагеле (симметрич- ,
о
г -t -(i -t )е КкщГ

в m vm 1н/к
(6.32)
(6.33)
где t„ = 20 °С; tm= 701,33 “С; в - среднее значение
среднее значение избыточной^
температуры.

i Среднее значение избыточной температуры вычисляется по формуле:
- О

fl=l	—
а,.
г
ctg
R }^в-

а
R_ IK,

Bi
-tAe

1--
2 ’
(6.34)
K.R1
Jti R - расстояние, равное половине длины нагеля („,м (рис. 6.44); F0
ж,1терий Фурье; а1ет - коэффициент температуропроводности, м2/с;
£цп -коэффициенты, зависящие от критерия Био.
В формуле (6.34) значения критерия Фурье и критерия Био

>тветственно равны:
Bi = -
R
a„R
(6.35)
‘А постоянные и усредненные значения коэффициентов

тспературопроводности а1ет , теплопроводности Xtem и теплообмена а0

М «стандартного» режима при 0 < т < 10 мин) принимались равными:
,л„ = 7,32 ■ 10"6 м!/с, Кит = 35 Вт/м°С и а0 = 46 Вт/м2оС [69].
! Используя формулы (6.33-6.35), была получена зависимость средней

епературы нагеля I от расстояния R = 0,5li , где £/ - длина нагеля,
обгреваемого с торцов в течении т0 = 4 мин (240 сек). Эта зависимость

сазана на рис 6.45. Согласно выбранной модели, после начала

• бгливания древесины нагель продолжает нагреваться с торцов только

мтоянной температурой 600°С (температура обугленного слоя

(Рзесины), что позволяет рассматривать задачу с граничными условиями

того рода. Значение расчетной глубины обугленного слоя составляет
Z Z^ +5 . На рис. 6.46 показаны значения расчетной глубины обугли-
■ия
ы.
(zk_1,lk) на предыдущем и последующем этапах обугливания древе-
389

Рис 6.45. Зависимость *

среднего значения темпе¬
ратуры нагеля tQ от рас¬

стояния R при обогреве

его с торцов через г = 4

мин после начала «стан-
О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 ДЭртНОГО» ПОЖара

Расстояние R, мм
Рис. 6.46. Расчетная глубина обугливания 2, Zk:

а - на предыдущем этапе обугливания' б - на последующем этапе обугливания
I

Изменение глубины обугливания равно:
~Zk~ Zk-l ~ Zf,k “ Z/Jc-1 >	(6.36)
i,; ZfkA и Zy k - глубина обугливания древесины на предыдущем и

^следующем этапах обугливания, к = 1...1. Время, в течение которого

иэисходит изменение глубины обугливания древесины на величину AZk

вчисляется по формуле:
Дть
AZt
(6.37)
г; V - скорость обугливания древесины, определяемая по табл. 6.1.
Для решения задачи с граничными условиями первого рода

пользуется зависимость между средней относительной избыточной
ипературой вк и критерием Фурье FOK , показанной на рис. 4.47.
F«
0,15
0,20
0,25
h 6.47. Зависимость между средней относительной избыточной температурой вк и крите¬
рием Фурье F
391

Значения критерия Фурье равны:
Ат,.а,
R
rAe Rk - расстояние от начала системы координат до границы расчетной^

глубины обугленного слоя древесины, равное R-Zj-k (рис. 6.44, 6.46).
Определив по графику на рис. 6.47 избыточную температуру вк *

вычисляем среднее значение температуры стального нагеля
tk = 600 - (600 - tk_ j )вк,	(6.39)
где 1к_] - начальная температура стального нагеля на рассматриваемом

этапе расчета.
Рассмотрим порядок определения температуры tk нагеля с

использованием формул (6.36-6.39), рис. 6.44, 6.46 и графиков на рис. 6.45,

6.47. Через т0 = 4 мин в результате воздействия «стандартного» пожара на

древесину в ней формируется слой 5 = 5 мм, прогретый до температуры

(I = 250 °С), при которой предел прочности древесины снижается до нуля.
Глубина обугливания на этом этапе - Zjg = 0. При этом температуру нагеля
t0 (нагель с торцов обогревается только температурой среды t ) находим

по графику на рис. 6.45 в зависимости от расстояния R . Для древесины,

прогретой до температуры t > 300 °С, наблюдается процесс ее обугливания

и нагель нагревается только за счет температуры (600°С) угольного слоя.
При к = 1 заданная толщина слоя обугленной древесины равна Z^ . По

формулам (6.36-6.38) вычисляем: Д2, =Zy,-Zy0 = Zy,; щ =AZj/K и

Fo] = Дг^^/Л)2 , где расстояние Л, = R-Zjj. По графику на рис.6.47

находим избыточную температуру вх, а по формуле (6.39) температуру в
нагеле, значение которой равно ij = 6ОО-(6ОО-/о)0^.
При дальнейшем рассмотрении процесса нагрева нагеля расчетные

параметры вычисляются в той же последовательности при заданных
глубинах толщины обугливания древесины. Так, при к = 2- Zj2
"7

^2 - Z/2 ~Zf \ ' Лг2 _ ^ZllV ' ?о1 ~ At2alemlR2 ' ПРИ R1 ~ R 2/2 ' ®2
i = 6OO-(6OO-fj)02.
Далее, для каждого из полученных значений tk по табл. 5.2 находят

1эффициент ytem
Рассмотрим оценку предела огнестойкости односрезного

исимметричного и двусрезного симметричного соединений на стальных

илиндрических нагелях с деревянными накладками (рис. 6.44). Значения
всущей способности 7^, ;, Я, одного нагеля, приходящейся на один

ив сплачивания соединяемых деревянных элементов толщиной « а » и «с»

{Ис. 6.48,а) при а < с , из условия смятия древесины в нагельном гнезде,

^еделяются по формулам:
в элементе толщиной « а »
а/см\..л
в элементе толщиной «с»
тм
Kcfl.Jcf^RfcMo
(6.40)
(6.41)
с/см\..Л
rj: значения коэффициентов Kaf\ , и Кс^ 1 для рассматриваемых

'срдинений с учетом данных, приведенных в [70], определяются по табл. 6.7;

d- диаметр стального нагеля, мм; а^ г	- значения толщин
Рис. 6.48. Графическая зависимость,

несущей способности TafcM, Т^ от глубины обугливания Zt; б-несущей способности
от глубины обугливания Zj
393

Таблица 6.7
Значения коэффициентов Ка^ i и j
Соединение
а/и
сл J
0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Односрезное
несиметричное
1
1
1
0,7
0,58
0,48
0,43
0,39
0,37
0,35
Vi
0
0,2
0,3
0,29
0,29
0,3
0,31
0,32
0,33
0,35
Двусрезное
симетричное
Vi
1
1
1
1
1
0,83
0,72
0,63
0,55
0,5
0
0,2
0,3
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
соединяемых деревянных элементов при пожаре, мм; Rp^ , Rj-^

расчетные сопротивления древесины смятию нагелем в элементах толщиной

«а » и «с», МПа (RfcMa = 0,64/^/^ , RfcMC =0,64R/cKa - где Rfc данов
табл.6.2, а Ка -втабл. 6.6).
В формулах (6.40, 6.41) значения толщин соединяемых деревянных

элементов: а ^ ; =a-Z^ ,-16 и cyj t=c-Z^ ,-16-дляодносрезного
несимметричного соединения; с^ , =с - для двусрезного симметричного
соединения. При расчете односрезных несимметричных соединений, для

более толстых элементов толщиной «с» до пожара, работающих на смятие
под углом к волокнам, значение коэффициента Ка (табл. 6.6) к расчетному

сопротивлению R fcMa следует умножать на дополнительный коэффициент^
0,9при(су-! i/a)< 1,5 или на0,75при (с^ ,/ау| ,)>1,5.	I
Несущая способность одного нагеля (кН), приходящаяся на один
Ш
шов сплачивания деревянных элементов толщиной « а » и «с» (а < с), из

условия изгиба нагеля диаметром d (см) вычисляется по формулам: ^
ТМ= 0,0414rf2^/c^^yMmli+0.024,,;	(6.42)
= °’057Sd2jR/cMRynrlem i.,-,	(6.43),
где л/см и Ryn Даны в МПа, а значения ау, ,. - в см.	*
394

Эти значения несущей способности учитывают пластическую

аботу стального нагеля при изгибе. В случае смятия древесины под углом
волокнам расчетное сопротивление Rjcm в формулах (6.42, 6.43)
рределяется с учетом коэффициента Ка для максимального из значений

'■лов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемому шву.

Так, на рис. 6.8 деревянная накладка сминается нагелем под углом
= 90 , а элемент конструкции под углом а < 90° Поэтому при

пределении значения Rj-CMa = 0,64RfcKa используется коэффициент Ка
)я а =90° (табл. 6.6).
Расчет предела огнестойкости односрезного несимметричного и

;усрезного симметричного нагельных соединений деревянных элементов

"лщиной « а » и «с», где (а < с ) без учета огнезащиты древесины и нагелей

не. 6.44) выполняется в несколько этапов.
1.	Время до наступления предельного состояния нагельного

:единения при пожаре из условия смятия древесины под нагелем

зределяется в следующей последовательности:
по формуле (6.31) определяют усилие Тп от действия нормативной

ргрузки; задаются значениями расчетной глубины обугливания

i ,. < 0,25а (мм), где Z, > 5 = 5 мм; определяют значения глубины
арливания древесины Zy, д. = Z, 1-8 , мм; вычисляют значения толщин
огдиняемых элементов а^ ( и с^ определяют отношения
U] ijcj-j ( - для односрезного несимметричного и ajjc - для

дгсрезного симметричного нагельных соединений; по табл. 6.7 находят

энчения коэффициентов ,■ и Кф j ; с использованием табл. 6.2 и 6.6

мисляют расчетное сопротивления смятия древесины элементов под

«елем Rjcua , RjCMC• для каждого из заданных значений глубины

лтливания, по формулам (6.40, 6.41) определяют значения несущей

З'собности элементов Тф^ ,■ и Тфи1 j; строят графики зависимости

«ущей способности от заданных значений расчетной глубины

|<гливания - TafcMl j{rcfcM{.j)-Zyj , (рис.6.48,а); по этим графикам с
■'том равенства (6.30), т.е. Го/сл1 Дгс/сл1 _л)=Тп, находят предельные
395

значения расчетной глубины обугливания Zycr; по формуле (6.4) вычисляют
время до наступления предельного состояния нагельного соединения из
условия смятия древесины под нагелем при ^ = Zjcrjv ■
2.	Время до наступления предельного состояния нагельного

соединения при пожаре из условия изгиба нагеля определяется в следующей

последовательности:
вычислив значение Л = 0,5^ ,■ (i; - длина нагеля), по графику на
рис. 6.45 находят температуру нагеля ta через т0 = 4 мин после начала

«стандартного» пожара до начала обугливания древесины: по известным из

расчета по этапу 1 значениям расчетной глубины обугливания zx
определяют глубины обугливания древесины Z^ ; определяют значения

Rk = R-Zfk в пределах необугленной части древесины (рис. 6.44), где
k = \..i - число заданных (см. расчет по этапу 1) значений расчетной

глубины обугливания z .по формуле (6.37) вычисляют значения времени
&хк , в течение которого глубина обугливания изменилась на величину
А7.к ; по формуле (6.38) определяют значения критерия Фурье F0K и по

графику на рис. 6.47 находят значения относительной избыточной

температуры вк, где к = l..i ; используя формулу (6.39), для каждого из
заданных значений расчетной глубины обугливания 2, ■ вычисляют
1.., ^
значения средней температуры нагеля tk ; определив значения tk , по табл.
5.2	находят коэффициенты ylem! и по формулам (6.42, 6.43) определяют

значения несущей способности	. и Т^ строят график
зависимости минимальных значений несущей способности от расчетной

глубины обугливания 7^ ,-Zyj j ; по построенному графику с учетом
равенства (6.30), т.е. Т^ = Тп, находят Z ^сг - предельное значение расчетной
глубины обугливания (рис. 6.48,6); по формуле (6.4) определяют время до

наступления предельного состояния нагельного соединения из условия
изгиба нагеля при т = Z , /V
сг	тгч- /
396

3.	Если значение усилия Т , вычисленное по формуле (6.31), не

рресекает графики, построенные по этапам 1 и 2, время до наступления

иедельного состояния равно - т0+(о,25а-б)/У, где V - скорость
ругливания древесины (дана в табл. 6.1.).
4.	Минимальное значение времени до наступления предельного

истояния, найденное по результатам расчета (см. этап 1, 2, 3), является

леделом огнестойкости нагельного соединения.
Для двусрезного симметричного соединения деревянных элементов

1лщиной «с » до пожара, при использовании стальных накладок толщиной

ч » (рис. 6.49) снижение несущей способности нагельного соединения из

1ловия смятия древесины под нагелем определяется увеличением глубины
ругливания древесины Zjk(k = \..i). Часть нагеля длиной 2Sk не
таствует в восприятии действую-
Мх на соединение усилии при пожа-

Согласно рис. 6.49 эта длина (мм)
)вна 2Sk = 2(Z^ +17). По сравне¬

но с ранее рассмотренными типа-

)t нагельных соединений, увеличе-

ie этой длины на 1 мм со стороны

1ждого из швов сплачивания

съясняется более интенсивным

сугливанием древесины под сталь-

шми накладками.
Температура нагеля при по-
аре tk определяется аналогично
игельным соединениям с деревян-

ими накладками. При этом значе-

не R принимается равным 0,5С,а

меняющееся при пожаре расстоя-
N„
не - Rl = R-Z
ft-
tyc. 6.49. Расчетная схема к определению

.гредела огнестойкости двусрезного сим-

(гричного нагельного соединения со сталь*

ными накладками

Для условий нагрева при пожаре несущая способность нагельного

соединения, приходящегося на один шов сплачивания одного нагеля,

определяется:
из условия смятия древесины под нагелем (// )
Т/см\..л = ®'5cf\...idRfcM>	(6-44)
из условия изгиба стального нагеля t (кН) - по формуле 6.43.
В формуле (6.44) диаметр нагеля d дан в мм; расчетное

сопротивление =0,64Rj-CMKa - в МПа, а значение с^ ,■ =c-2S{ t ■
мм, где 5, i = Z/1 ( +17 . Задаваться при выполнении расчета значениями
расчетной глубины обугливания Z, t = Zj\ (. +5 (мм) необходимо таким
образом, чтобы соблюдалось следующее условие - 5j ,■ < 0,5с.
Порядок расчета предела огнестойкости двусрезного

симметричного нагельного соединения со стальными накладками

выполняется в соответствии с приведенными этапами:
1.	Время до наступления предельного состояния нагельного

соединения из условия смятия древесины находится в следующей

последовательности:
по формуле (6.31) определяют усилие Тп от действия нормативной

нагрузки; задаются значениями расчетной глубины обугливания

Z, j < 0,25с, где значение Z, принято не менее 5=5 мм; определяют

значения глубины обугливания древесины - Zy, i = Zx t-8 ; вычисляют

значения в мм - 5j (. < 0,5с и Cyj ; с использованием табл. 6.2 и 6.6

вычисляют расчетное сопротивление смятию древесины под нагелем - Rj^
по формуле (6.44) вычисляют значение несущей способности

строится график зависимости несущей способности от значений расчетной

глубины обугливания - Т}смХ ,-2^.; для равенства TfcM=Tn по

построенному графику (рис. 6.48,а) находят предельное значение расчетной

глубины обугливания Zycr; по формуле (6.4) вычисляется время до

наступления предельного состояния нагельного соединения из условия

смятия древесины под нагелем при тсг = Zfcrjv •
398

2.	Для оценки времени до наступления предельного состояния

кгельного соединения из условия изгиба стального нагеля необходимо

пполнить порядок действий применительно к построению графика

шисимости несущей способности от расчетного значения глубины
('угливания • Т’м , -Z/i , • определению для равенства Tjl t-Tn

сдельного значения расчетной глубины обугливания Zjcr и по формуле
|4) с учетом xcr =	определить время до наступления предельного
сстояния. Таким образом, используется методика, изложенная ранее в

запе 2 для нагельных соединений с деревянными накладками. При этом,

(гласно рис.6.49, необходимо учесть, что расстояния принимаются
рвными - R = 0,5£н -а и Rk = R-Z^ , где к = 1. J ■
3.	Если значение усилия Тп , найденное по формуле (6.31), не

ресекает графики, построенные в соответствии с этапами 1 и 2, то для

чного случая время до наступления предельного состояния равно -
1+ (о,25с-<5)/ V , где V - скорость обугливания древесины (дана

^абл. 6.1.).
4.	За предел огнестойкости нагельного соединения принимается

ннимальное значение времени до наступления предельного состояния,

вчисленного в соответствии с этапами 1, 2 и 3 для симметричных

дгсрезных соединений со стальными накладками. Предел огнестойкости

сльных накладок определяется в соответствии с методикой, изложенной

вазделе 5.
5.	На рис. 6.50, 6.51 показаны блок-схемы для определения предела

местойкости рассмотренных типов нагельных соединений.
Дано:
Рис 6.50. Блок-схема определения

времени до наступления предельного

состояния односрезных несиммет¬

ричных и двусрезных симметричных

(с деревянными или стальными

накладками) нагельных соединений

при пожаре из условия смятия дре¬

весины под нагелем
Определяем
	_±_
Т„ - Формула (6.31)
399
Усилие Nn

а■; с - толщины

элементов (а^с);

сорт древесины;

с/-диаметр нагеля

число нагелей и

‘срезов* лн; лф;

нормативное

сопротивление стали

С деревянными

накладками
Задаемся
Со стальными

накладками
Задаемся
Рис 6.50. Блок-схема определения времен» до наступления предельного состояния одно- ®

срезныхнесиммегричныхидвусрезныхсиммегричных(сдеревяннымиилис1альными

накладаами)нагельныхсоед^шенийприпожареизусловиясмятиядревесиныпсц

нагелем (продолжение)
400
и я*

i

ic. 6.50. Блок-схема определения времени до наступления предельного состояния одно-

эезных несимметричных и двусрезных симметричных (с деревянными или стальными

накладками) нагелшых соединений при пожаре из условия смятия древесины под

нагелем (продолжение)

Дано:
Усилие Nf,

a,;t' толщины элементов (а<с):

сортдревесины;

d - диаметр нагеля; число нагелей и 'срезов' /*,; .

нормативное сопротивление стали ^
-	длина нагеля
Определяем
♦
Тп - Формула (6.31)
1 ,ш
С деревянными
1
Со стальными
накладками
накладками
Задаемся
1
Задаемся
1
Ь..., 4 0,25а; z, > 6
0,25с; z, >$
Определяем
♦
Определяем
*=0,54
fl=0,5 V*
f0 - рис. 6.45
- 5
Rj 1 =
Ч-*/и
- формула(6.37)
Р<х-формула(6.38)
I
Рис 6.51. Блок-схема определения времени до наступления предельного состояния одяосрез- ^.

ных несимметричных и двусрезных симметричных нагельных соединений при пожаре

из условия изгиба нагеля

ic 6.51. Блок-схема определения времени до наступления предельного состояния одно¬

срезных несимметричных и двусрезных симметричных нагельных соединений

при пожаре из условия изгиба нагеля (продолжение)

6.5. Огнезащита элементов деревянных конструкций

и их узлов
Пожарная опасность деревянных конструкций может быть снижена

в результате их огнезащитной обработки пропиточными и окрасочными

составами, а также использования защитных конструктивных

мероприятий.
Для глубокой пропитки древесины в автоклавах рекомендуется

применять водорастворимые составы типа МС 1:1; МС 3:7; ББ-11 [71].
Составы МС 1:1 и МС 3:7 не изменяют цвет древесины, однако

способствуют снижению ее прочности на 10%, а контакт пропитанной

древесины с металлом вызывает его коррозию. Данные составы

рекомендуются применять в зданиях с относительной влажностью воздуха 1

в период эксплуатации не выше 80%.	т
Препарат типа ББ-11 не изменяет цвет древесины, повышает ее г

прочность на сжатие вдоль волокон и на поперечный изгиб, не вызывает

коррозию металла, обладает биозащитными свойствами, безопасен для i

людей и животных, не препятствует окрашиванию древесины.
Для пропитки древесины способом нанесения на поверхность '

(погружение, распыление, нанесение кистью) используют составы МС и

ПП.
Состав МС может эксплуатироваться в среде с относительной 1

влажностью выше 80%, придает древесине биостойкость, не вызывает ■

коррозии металла, но снижает способность древесины склеиваться и •

окрашиваться, а также легко вымывается из древесины.
Состав ПП не обладает биозащитными свойствами, не препятствует

окрашиванию древесины, легко вымывается из древесины, без

дополнительной влагозащиты может эксплуатироваться только в сухи

помещениях.
В качестве окрасочных составов рекомендуется применять

покрытия на основе эмали типа ХВ-5169 и органосиликатных композиций

типа ОС (ОС-12-01 и ОС-12-03).
Покрытие типа ХВ-5169 обладает хорошими влагозащитными

свойствами, эластично и трещиностойко, является быстросохнущим.

Покрытие типа ОС обладает малой водонепроницаемостью и

теплопроводностью, значительной термо- и морозостойкостью, позволяет

защищать древесину от увлажнения. Однако это покрытие имеет низкую

механическую прочность и слабую адгезию к древесине.
Глубокая пропитка применяется только для элементов конструкций,

выполненных из цельной древесины. Для изготовления клееной

конструкции доски, подверженные глубокой пропитке в антипиренах,

трудно склеить, поэтому клееные элементы обрабатываются окрасочными

составами и составами для поверхностной пропитки.	I
С учетом вышесказанного, элементы дощатого каркаса в &

ограждающих конструкциях обязательно подвергаются глубокой пропитке £>
404

агипиренами, а клееные ребра должны пройти поверхностную обработку

оцезащитными составами.
Огнезащита листов фанеры различными составами мало

и)спективна из-за ее расклеивания в условиях пожара. С целью удержания

|шерных обшивок, приклеенных к каркасу, в проектном положении

ркомендуется дополнительно использовать оцинкованные шурупы.
В целях исключения выпадения минераловатного утеплителя в

птах покрытия, защищающего деревянные ребра и верхнюю обшивку от

посредственного воздействия огня, рекомендуется использовать стальные

>сгки(сетка Рабица или просечно-вытяжная) или полосовую сталь сечением

■ К5 мм, обработанные ОЗС-МВ, которые располагаются между

/чплителем и нижней обшивкой панели (рис. 6.52). Стальные полосы

■уганавливаются с шагом 300-400 мм и крепятся к деревянному каркасу

1рупами длиной не менее 70 мм, а место крепления должно быть

:Цищено минераловатным утеплителем. Такое решение позволяет

^спечить предел огнестойкости плит покрытий в пределах 0,4-0,5 ч.
Рис 6.52. Расположение стальных полос, удерживающих при пожаре минераловатный

утеплитель в проектном положении
Как уже отмечалось, особую опасность в пожарном отношении

цгдставляют утепленные ограждающие конструкции, имеющие

нтиляционные продухи, способствующие распространению огня по

в-1струкциям. Для уменьшения возможных размеров пожара в зданиях в
405

вентилируемых ограждающих конструкциях должно быть предусмотрено

устройство противопожарных диафрагм из несгораемых и

трудносгораемых материалов.
Противопожарные диафрагмы в ограждающих конструкциях

устраиваются вдоль и поперек здания (рис. 6.53), что позволяет разделить

покрытие на отдельные отсеки. Согласно требованиям противопожарных
Рис. 6.53. Устройство противо¬

пожарных д иафрагм в деревян-ных

кровельных покрытиях задний:
1 - прод ольная диафрагма;
2- поперечная диафрагма
норм [4J площадь таких отсеков не должна привышать 54 мг. В продольном

направлении здания диафрагма устанавливается вдоль конька, а в

поперечном - вдоль несущих конструкций покрытия с шагом не более 6 м

[71]. Конструкция продольной диафрагмы (рис. 6.54,а) выполняется с

применением досок, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами,

асбестоцементных, цементно-стружечных или гипсоволокнистых листов.

Поперечные противопожарные диафрагмы выполняются в стыках

ограждающих конструкций с применением минеральной ваты (рис. 6.54,6).

Для облегчения устройства противопожарных диафрагм рекомендуется

применять ограждающие конструкции, позволяющие организовать

вентиляцию в поперечном направлении здания.
Рис 6.54. Конструкция про¬

тивопожарных диафрап*

а - продольных,б- попереч¬

ных; /-несущая конструк¬

ция покрытия; 2- огражда¬

ющая конструкций; 3-про¬

дольная противопожарная]

диафрагма; 4 - поперечная

противопожарная диафраг-

Интересное конструктивное решение плит покрытий размерами

U6 м, снижающее их пожарную опасность, было разработано ЦНИИЭП

зрлищных зданий и спортивных сооружений, а затем использовано при

1сюительстве крытого катка в г.Архангельске. Продольные ребра

тутцего каркаса - плиты (рис. 6.55) сечением 210x75 мм - были склеены из
s
' Рис. 6.55. Плита покрытия, разработанная ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных

сооружений
1 - продольные ребра; 2 - поперечные ребра; 3 - обрешетка; 4 - продух; 5 - утеплитель;
6 - нижняя обшивка; 7 - стальные полосы

шк толщиной 34 мм и обработаны огнезащитным покрытием ОФП-9 на

!>;фатной основе. В качестве утеплителя применялись минераловатные

иты толщиной 100-120 мм, уложенные между продольными ребрами.

1«ду нижней обшивкой и утеплителем находились стальные полосы,

)крепленные к продольным ребрам и удерживающие утеплитель в

]ектном положении. Нижняя обшивка была выполнена из асбесто-

(ентноперлитовых листов, а верхняя - из стали. Поперечные ребра в

пе, опирающиеся на продольные, позволяли организовать поперечное

(ветривание конструкции, торцы которой были закрыты глухими

|фрагмами. Огневые испытания таких плит, проведенные во ВНИИПО,

Сазали, что конструкция сохраняет свою несущую способность во время

Сара в течении 0,75 ч.
Огнезащита балок, изготовленных из цельной древесины

Юлняется с помощью глубокой или поверхностной пропитки
407

Огнезащита поверхностей деревянных элементов арок и рам

ополняется аналогично балкам. Наиболее опасными в пожарном

гокошении являются узлы таких конструкций, выход которых из строя

юнеделяет предел огнестойкости всей конструкции. Стальные детали узлов

ирках и рамах отечественного производства, в большинстве случаев,

люлняются открытыми. Поэтому они должны быть обработаны

слезащитными составами, эффективность которых определяет несущую

стсобность конструкций в условиях пожара. Кроме этого, несущая

особность узлов может быть увеличена за счет применения защитных

шладок из горючих(Г1, Г2) или негорючих материалов (рис. 6.58,а). Такие
Рис 6.58. Конструктивная огнезащита узлов клееных деревянных конструкций:
3 - конькового узла; в - опорного узла арки; г- опорного узла рамы; 1 - защитные накладки;
-	стальная накладка; 3-прокладка; 4 - прорезь; 5- защитный чехол; 6- стальной башмак
.иладки, защищающие от непосредственного воздействия огня на

1\ьные детали, могут выполняться из досок толщиной 33-35 мм,

ввергнутых глубокой пропитке антипиренами, и гипсоволокнистых

дгов, которые крепятся к деревянным элементам гвоздевым забоем. Для

цдотвращения интенсивного обугливания древесины под стальными
409

соединительными элементами, в узлах между стальной пластиной и

древесиной, можно использовать прокладки из горючих (Г 1, Г2) и

негорючих материалов, Если в узлах используются соединительные

элементы в виде накладок из цельной или клееной древесины, они должны

быть подвергнуты огнезащитной обработке, Защита опорных и конькового

узлов в распорных конструкциях выполняется с помощью огнезащитны!

чехлов (рис. 6.58,в,г). Используя зарубежный опыт огнезащиты узлов в

деревянных конструкциях, рекомендуется устанавливать стальные

элементы узлов в шлицах деревянных элементов (6.58,6). Однако такой

способ защиты усложняет изготовление конструкции за счет повышения

требований к точности при сверлении отверстий под нагели и выполнении

шлица, а также уменьшает размеры расчетного сечения деревянного

элемента в зоне узла. Болты в узлах могут устанавливаться в отверстия,

диаметр которых на глубине 30-40 мм должен быть на 1-2 мм больше

диаметра шайбы. Болты закрываются деревянными пробками. Недостатком

такого решения является уменьшение размеров соединяемого деревянного

элемента, что способствует снижению несущей способности нагельного

соединения.
Стальные затяжки в распорных конструкциях, которые могут

подвергаться непосредственному воздействию температуры при пожаре,

также должны быть обработаны огнезащитными составами.
Для повышения предела огнестойкости армированных конструкций

и соединений с применением стальных стержней, вклеенных в древесину,

необходимо, по-возможности, исключить применение таких соединений с

открытыми металлическими деталями. Если такие детали существуют,

необходимо предусматривать их конструктивную защиту или обработку

огнезащитными составами. Термостойкость клеев, применяемых при

изготовлении ДКК, может быть повышена за счет введения в их состав

различных добавок типа асбеста, тиокола, вибромолотого песка, а для

увеличения термостойкости клеев на эпоксидной основе возможна

модификация эпоксидной смолы кремнеорганическими соединениями.
При разработке мероприятий, направленных на снижение

пожарной опасности деревянных конструкций, необходимо обращать

внимание огнезащите связей, обеспечивающих устойчивость как

отдельных несущих конструкций и их элементов, так и пространственную

жесткость всего здания. Элементы связей в зданиях с применением

деревянных конструкций могут выполняться из клееной и цельной

древесины, а также из фасонной стали. Деревянные элементы связей

подвергаются глубокой пропитке антипиренами или поверхностной

обработке огнезащитными составами. Стальные элементы связей, а также

узлы крепления деревянных и стальных элементов связей должны быть

защищены от непосредственного воздействия на них температуры при

пожаре.
При пересечении несущих ДКК покрытия внутренних несущих

каменных стен или перегородок, разделяющих помещения с одинаковым
410

I с 6.59. Огнезащита в местах пере¬

меняя несущей ДКК с каменной сте¬

ной или перегородкой:

Несущая ДКК; 2* стена или перето¬

ржка; 3-воздушный зазор; 4-влаго¬

защитная обработка или гидро¬

изоляция; 5- минеральная вата;

б-нащельник
тепературно-влажностным режимом, а также наружных каменных стен в

натапливаемых зданиях предусматривается устройство зазоров для

п^ветривания шириной 30-60 мм (рис. 6.59). В целях обеспечения

трбований пожарной безопасности разрешается закрывать эти зазоры

авральной ватой или другими биостойкими материалами с обязательной

м- и влагозащитной поверхностей деревянной конструкции, находящихся

81'лще стены или перегородки. Места, заполненные минеральной ватой,

иэываются нащельником из несгораемых или трудносгораемых листовых

■«риалов.
411

Раздел 7. ОГНЕСТОЙКОСТЬ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
7.1.	Виды железобетонных конструкций и особенности

их поведения в условиях пожара
Железобетон - это технически возможное и экономически

целесообразное сочетание двух различных материалов: бетона и стальной

арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия

растягивающих, а в ряде случаев - сжимающих усилий. Бетон, будучи

искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно

хуже (в 10-20 раз) - растяжению. Эта особенность бетона наиболее

неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементов, широко

распространенных в зданиях и сооружениях. Бетонная балка (без

арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу,

в одной зоне (нижней), испытывает растяжение, а в другой (верхней) •

сжатие. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного

сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит

хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована

прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки

ограничена низким сопротивлением бетона растяжению (рис. 7.1,а).
Такая же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой

зоне, обладает более высокой несущей способностью, значение которой

выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки

(рис.7.1,6).
В процессе эагружения рассматриваемая балка будет вначале

работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне

растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия

будут восприниматься арматурой. Разрушение в этом случае наступит

вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона

сжатой зоны. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузка!,

составляющих обычно 0,5-0,7 от разрушающих, напряжения в арматуре не

более 250-300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не

превышают допустимых нормами значений [72]. В такой конструкции

бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, арматура-

на растяжение.
В последние годы все более широкое распространение получают

арматурные стали, обладающие высокой прочностью (600 МПа и выше).

Работа балки, армированной высокопрочной сталью (рис. 7.1,в|,

принципиально не будет отличаться от работы балки, изображенной на рис.

7.1,6 (при одинаковом количестве арматуры). Однако несущая способность

ее будет значительно выше. Вместе с тем в такой балке еще до исчерпания
несущей способности прогибы (/ ) и ширина раскрытия трещин [ac„I
412

зфастают настолько, что значительно превышают допустимые в условиях

51плуатации( fu>aCrc,u )■ Это ограничивает применение высокопрочной

зратуры в обычных железобетонных конструкциях.
Высокопрочную сталь можно успешно применять в предварительно

Пряженных железобетонных конструкциях. Идея предварительного

яряжения заключается в том, чтобы предварительно натянуть арматуру

.щкрепить ее в таком состоянии, а после укладки и твердения бетона

пустить ее. При этом арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон.

/Ьче говоря, предварительно напряженными называют такие

лезобетонные конструкции, в которых до приложения

;лплуатационных нагрузок, в процессе изготовления искусственно

(даются значительные сжимающие напряжения в бетоне и

Хтягивакицие в арматуре. Начальные сжимающие напряжения создаются,

(I правило, в тех зонах бетона, которые впоследствии под воздействием

лрузки будут испытывать растяжение.
При приложении нагрузки к предварительно напряженной балке

р:. 7.1,г) растянутая зона бетона испытывает растягивающие напряжения
413

71.1.	Изгибаемые элементы. Конструктивные

ообенности. Поведение изгибаемых элементов в

уловиях пожара
Наиболее распространенными изгибаемыми элементами являются

шяты и балки, которые могут быть самостоятельными конструкциями или

ввлдить в состав сложных конструкций и сооружений (ребристые

шсекрытия, элементы каркасов сооружений и т.п.).
| Плиты - плоские элементы, толщина которых значительно

мцыпе длины и ширины Ьв.
Балки - изгибаемые элементы, длина которых ( значительно больше

перечных размеров h и Ь.
С использованием плит и балок выполняют плоские перекрытия и

срытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные (рис. 7.2.).
Рис 7.2. Схемы перекрытий из железобетонных изгибаемых элементов:

а - сборное; б - монолитное; 1 - плиты; 2 - балки
Я..1.а. Плиты
Плиты могут быть сплошными гладкими и ребристыми, а по числу

пр\етов - однопролетными и многопролетными.
Плиты в монолитных конструкциях выполняют толщиной кратной

•О м, но не менее: для покрытий - 40 мм, а для междуэтажных перекрытий

ркданских и промышленных зданий соответственно - 50 мм и 60 мм. При

'тл наименьшая толщина плиты должна удовлетворять требованиям

1рчности и жесткости. Минимальная толщина сборных плит (25-35 мм)
415

определяется из условия обеспечения требуемой толщины защитного слоя

бетона и условий расположения арматуры по толщине плиты. Армируют

плиты сварными сетками, состоящими из стержней, расположенных в двух

взаимно перпендикулярных направлениях. Если рабочая арматура нужна

только в одном направлении, то арматура второго направления играет роль

распределительной и монтажной.
Сетки укладывают в плитах таким образом, чтобы стержни их

рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали

растягивающие усилия, возникающие в конструкциях при изгибе под

нагрузкой, в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Поэтому в

пролетах плит сетки размещают понизу, а в многопролетных плитах также

и поверху, над промежуточными опорами. Армирование сетками

многопролетных плит может быть непрерывное и раздельное. На рисунках
7.3	и 7.4 показано армирование однопролетной плиты и варианты

армирования многопролетных плит.
Зпюра моментов при

равномерно распределенной нагрузке
Рис. 7.3. Армирование однопролетной

свобода опертой плиты и эпюра моментов

при равномерно распределенной нагрузке:

/ - стержни рабочей арматуры; 2- стержни

распределительной арматуры
Диаметр рабочей арматуры плит принимают 3-12 мм, монтажной

(распределительной) - 4-8 мм. Площадь рабочей арматуры определяют

расчетом, а монтажной арматуры • по конструктивным соображениям, но

при этом площадь ее сечения должна составлять не менее 10% от расчетной

площади сечения рабочей арматуры, поставленной в месте наибольшего

изгибающего момента.
Рабочую арматуру располагают с шагом 100-200 мм, при этом

защитный слой для нее принимают не менее 10 мм, а в плитах толщиной

> 100 мм - не менее 15 мм. Защитный слой бетона для рабочей арматуры
416

Рис. 7.4. Армирование монолитных балочных плит

- эпюра моментов с учетом перераспределения усилий; б - непрерывное армирование;

в - раздельное армирование

»кен обеспечивать совместную работу арматуры с бетоном на всех

гн,иях работы конструкции, а также защиту арматуры от внешних

гтсферных, температурных и других воздействий. Шаг монтажной

рпуры - 250-300 мм, но не более 350 мм.
■73	417

Плиты, опертые по контуру, работают на изгиб в двух направлениях

сррекрестной рабочей арматурой.
Плиты по форме поперечного сечения изготовляются с круглыми,

В!'Тикальными и реже с овальными пустотами, ребристыми с ребрами

Eipx или вниз, сплошными (рис. 7.6).
Полуэллипс
ч
Четверть
окружности
fOQg>OOQ
£ Я
Рис. 7.6. Формы поперечного сечения плит перекрытий:

э - с овальными пустотами; б- с круглыми пустотами; в - с вертикальными пустотами;

г - ребристые с ребрами вверх' д- ребристые с ребрами вниз; е ■ сплошные

Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы

поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема

бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер,

обеспечивающих прочность по наклонному сечению.
В плитах с пустотами минимальная толщина полок 25-30 мм, ребер

30-35 мм. В качестве типовых приняты сборные плиты перекрытий с

круглыми пустотами. Наибольшая длина стандартных плит - 6,28 м,

наименьшая - 2,38 м, наибольшая ширина - 1,59 м, наименьшая - 0,99 м.

Между наибольшими и наименьшими размерами устанавливается ряд

промежуточных размеров. Высота плит принята h = 220 мм. Пустоты

круглого сечения приняты диаметром 159 мм (рис. 7.6,6).
Продольную рабочую арматуру размещают по всей ширине нижней f

полки сечения пустотных плит. В многопустотных плитах расстояние

между продольными стержнями должно быть не более 100 мм. Поперечные

стержни объединяются с продольной монтажной или рабочей ®

ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые 1

размещаются в ребрах плит. Плоские сварные каркасы в плитах с круглыми '

пустотами могут размещаться только в приопорных участках, через одно-

два ребра. Конструкция многопустотной плиты перекрытия показана на

рис. 7.7.
Рис. 7.7. Конструкция сборной многопустотной панели перекрытия:
1- напрягаемая арматура; 2- расчетное сечение

Плиты длиной 6 м и более изготовляются предварительно

напряженными. Предварительно напряженная арматура не входит в каркас, I т.

т. е. расположена отдельно.
420

В зависимости от пролета и площади сечения рабочей арматуры

рачетная нагрузка составляет от 4,5 кПа (450 кгс/м2) до 8 кПа (800 кгс/мг),

атотдельных случаях плиты рассчитываются на большие нагрузки.
Сплошные плиты, опирающиеся на две противоположные стороны,

рютают как простые балочные плиты и имеют рабочую арматуру в одном

.аравлении.
Более экономичны плиты, опертые по контурам, работающие в

,авх направлениях (рис. 7.5). Рабочая арматура таких плит располагается в

эвих направлениях. Величина изгибающего момента в квадратной плите от
раномерно распределенной нагрузки составляет М = qtL124, т.е. в три
за меньше момента М = qt2 /8 балочной плиты такого же пролета.
Сплошные плиты без предварительного напряжения армируются

&чно сварными сетками. Толщина сплошных плит не должна быть

цыпе 8 см. При размерах плит длиной более 4,5 м плиты должны

>тавливаться предварительно напряженными. Плиты из тяжелого бетона

бетона на пористых заполнителях армируются продольной

.рягаемой арматурой и сварными сетками.
Для перекрытий общественных зданий, учитывая их специфику,

фаботан ряд конструкций предварительно напряженных плит. К этим

■струкциям, в частности, относятся многопустотные плиты, плиты типа

жоробчатые и ребристые плиты. Многопустотные плиты обычно имеют

_$леты 9 и 12 м, ширину 990, 1120, 1490 мм, высоту h = 300 мм и диаметр

рглых пустот 219 мм (рис. 7.8). Плиты армируются как стержневой и

ирволочной арматурой, так и канатами К-7. Плиты изготавливаются из

нб чного тяжелого бетона или керамзитобетона классов В25-В40. В

пильных случаях, в частности для Москвы, изготавливаются плиты

г,нотой h = 400 мм.
Плиты типа ТТ представляют собой две тавровые балки с общей

покой (рис. 7.9). Полка армируется сварными арматурными сетками,

гоэрые учитывая ее малую толщину (до 5 см), могут размещаться в

еэдине толщины Л’у , что упрощает арматурные работы. Ребра плиты
Ь=1490
rJOOOOOl,
Рис. 7.8. Схема многопустотной плиты перекрытия для общественных зданий

Рис 7.9. Схема шипы ТТ 87-30-16
рассчитываются как разрезные балки таврового сечения с предварительно-

напряженной арматурой. Плиты изготавливаются с пролетами 9, 12 и 15 м.

На рис. 7.9 изображена плита марки ТТ 87-30-16 с поперечными ребрами

под нагрузку 16 кПа (1600 кгс/м2) и 25 кПа (2500 кгс/мг) с номинальным

пролетом L = 9 м, изготавливаемые из бетона класса ВЗО.
Плиты коробчатого сечения - тонкостенные длинномерные

элементы с пустотами прямоугольного сечения (рис. 7.10). Такая форма

пустот делает эти плиты по расходу материалов более экономичными, чем

плиты с круглыми пустотами. Кроме того, такие пустоты могут быть

использованы для коммуникаций и воздуховодов.
Высота плит h не превышает 500 мм. Толщина стенок - до 70 мм,

верхней полки от 35 до 50 мм, нижней 30-35мм. Ширина плит в
422

I
i
акисимости от числа пустот может быть различной. Эти плиты

иютавливают пролетом 9, 12, 15 м. Они рассчитываются на нагрузку от 4,5

к!а (450 кгс/м2) до 12,5 кПа (1250 кгс/м2) с арматурой А-V и К-7,

^положенной в нижних вутах.
Верхняя полка плиты рассчитывается и армируется сварными

л'ками как неразрезная балочная монолитная плита. Нижняя полка

а^ируется конструктивно с учетом возможных местных и монтажных

шрузок. Диаметр арматуры и толщина стенок определяются расчетом на

Л!ствие поперечной силы, а также в необходимых случаях рассчитывается

точность наклонных сечений на действие изгибающего момента.
В промышленных зданиях поверхность потолка не обязательно

дежна быть гладкой, поэтому в перекрытии можно применять ребристые

пп-ы с верхним расположением полки (рис. 7.6,d). Эти плиты состоят из

:,ix продольных ребер, соединяющей их горизонтальной полки и, при

1рине более 1,3 м, - поперечных ребер.
I.	Толщина полки из условия сопротивления продавливанию от

(редоточенной нагрузки принимается не менее 5 см. Эта толщина

(таточна для восприятия эксплуатационных нагрузок при ширине плиты

«1,3 м. В этом случае полка работает в одном направлении как балочная

.'та. При большей ширине плиты, т.е. при увеличении пролета полки, эта

сщина может оказаться недостаточной. Чтобы не увеличивать толщину

(ки, а следовательно, и вес плиты, вводятся поперечные ребра. В этом

J4ae полка, опираясь на продольные и поперечные ребра, работает как

jJ та, опертая по контуру, и ее несущая способность значительно

пытается.
Полка армируется стандартными сетками. В местах примыкания к

.и'рам для восприятия опорных моментов, устанавливаются

волнительные сетки. Ребра плиты армируются поперечной и продольной

Ературой. В большинстве случаев продольная арматура - напрягаемая и,

адовательно, не связана с каркасом. В плитах без предварительного

нгряжения продольная арматура сваривается с поперечной арматурой,

ибазуя каркас.
При опирании на ригели прямоугольного сечения полка в торцах

яиет уширение. При опирании на полки ригелей в плите

цдусматриваются торцевые ребра д\я более равномерного распределения

ирного давления.
На рис. 7.11 показано армирование ребристой плиты перекрытия с

неречными ребрами вниз. Такая плита шириной 1485 мм, номинальной

«ной 6 м и высотой 400 мм, разработана для нагрузок до 25 кПа

2)0 кгс/м2). Конструкция ребристой сборной панели перекрытия показана

ниис. 7.12.
В перекрытиях производственных зданий находят также

щменение плиты, используемые в перекрытиях общественных зданий,

i]i соответствии расчетных нагрузок, сетке колонн и других

«структивных деталей.
423

А-А
100
0| OI
я| “>1
-—' О СС^~ о о
ЧУ
О о4-
i.400
I 356 \ Отв. d 35
>*-
50
5950
Б - Б
Рис. 7.11. Армирование ребристой плиты перекрытия:
1 - напрягаемая арматура: 2 -ненапрягаемая арматура; 3 - петли для подъема; 4 - поперечная

арматера (хомуты)
Балочные плиты широко применяются в монолитных ребристых

перекрытиях, которые состоят из второстепенных балок, главных балок и

плит, которые бетонируются вместе и представляют собой единую

конструкцию. Плита опирается на второстепенные балки, второстепенные

балки — на главные балки, опорами которых служат колонны и стены

(рис. 7.13,а).
Пролет плиты ( = 1,5 - 3 м. Для расчета балочных плит выделяют

полосу шириной 1 м (рис. 7.13, б,в) и рассматривают ее как неразрезную

балку, опертую на второстепенные балки и наружные стены. Расчет плиты

производят с учетом перераспределения усилий, принимая в первом

424

Рис. 7.12. Конструкция сборной ребристой панели перекрытия:
1 - напрягаемая арматура; 2- расчетное сечение
ф(ете и на первой промежуточной опоре М = qt2ml\ 1, а в пролетах и на
jtHHX опорах М = <7^02 /16 (Рис- ?-4)-
В монолитных ребристых перекрытиях применяются и плиты,

зитые по контуру. Существует два вида таких плит. В перекрытиях

2|.ого вида балки располагаются по осям колонн с шагом 4-6 м

I#. 7.14,а). Соотношение сторон плит 1-1,5. Перекрытия второго вида,

згваемые кессонными, отличаются более частым расположением балок,

гггствием промежуточных колонн и малыми размерами плит (<2 м)

<1 7.14,6).
425

1 И II >1 Н Н Н |1 И
л|кч!кчнч\*
Ж'! i !!
II II |1 II И И II и
1
ФтН'
1 II II 1

1 II И |
1 Н 1| 1

-чМ|=*-
t, . г, \ 1,
1000
\2/2/2/£№1&
b = = = lt = =

МН
f====iF==;
н===И===^
i ? п
_ГL _ _ _ J ь _ _ -1
=IF = = -=IFf = = 1

_П	N	!
*2 ?2 Ь ?2
Рис 7.13. Конструктивные схемы монолитных ребристых перекрытий с балочными плитами:
/ -плита; 2- второстепенная балка; 3-главная балка; 4-колонна	|
В безбалочных перекрытиях плиты непосредственно опираются на

капители колонн (рис. 7.15, а,б). В сборных безбалочных перекрытия

надколонные панели идут в двух взаимно перпендикулярных направления,

соединяются с капителью сваркой закладных деталей. Пролетная плита

опирается на полки надколонных панелей и работает как плита, опертая по

контуру.	|
В монолитных безбалочных перекрытиях гладкая плита опирается

через капители на колонны.
426

F:. 7.14. Ребристые монолитные

покрытая с плитами, опертыми по

контуру,

а: соотношением сторон 1 1,5;

б- кессонные
Рассматривая армирование различных видов плит, необходимо

'51тить внимание на поперечное армирование, В нормативных

моментах [72] указывается, что в сплошных плитах независимо от

ыоты, в многопустотных плитах (или аналогичных часторебристых

кструкциях) высотой менее 300 мм и в балочных конструкциях высотой

а;е 150 мм допускается поперечную арматуру не устанавливать. Однако

р] заложены рекомендации, касающиеся поперечного армирования как

;ябаемых плоских элементов (п. 3.2,2,7), так и свободно опертых

кивных и особенно тонкостенных изгибаемых стержневых элементов (в

эяисле балок, ригелей и прогонов сплошного сечения шириной менее 16

я(п. 3.2.2.14). В рекомендациях указывается, что эти конструктивные

чиенты с целью исключения в период огневого воздействия возможной

вности их хрупкого разрушения по наклонным сечениям должны быть

ймтельно армированы на приопорных участках сварными

финальными каркасами длиной не менее 1/4 расчетного пролета с шагом

«вречной арматуры не более 100 мм. Вертикальные каркасы должны

Hi установлены в каждом ребре (стенке) элемента.
427

6000
в
Рис. 7.15. Сборное безбалочное перекрытие:
1 - капитель; 2 - надколонная плита; 3 - пролетная плита
Для создания из отдельных плит жесткого диска перекрытия,

способного воспринимать значительные нагрузки в своей плоскости

(горизонтальной) без существенных деформаций прогиба, необходимы

монтажные соединения плит. Такие диски создают пространственную

жесткость здания, объединяя работу на действие горизонтальных усилий

всех вертикальных элементов (колонн, диафрагм, стен и др.) независимо от

конструктивной схемы здания.
Монтажные соединения плит всех типов балочных сборных

перекрытий выполняют сваркой стальных закладных деталей н

заполнением бетоном швов между плитами.
Для обеспечения совместной деформации в продольных боковых

гранях (по длинным сторонам плиты) плит устраиваются местные *

углубления, при заполнении которых раствором образуются бетонные

шпонки, препятствующие взаимному перемещению плит, т.е,

обеспечивающие совместную работу плит на сдвиг в горизонтальном и

вертикальном направлениях. Соединение плит по коротким сторонам в

основном осуществляется приваркой по углам с помощью закладных i

изделий к ригелям (рис. 7.16,а). При таком соединении сборных элементов '

перекрытия представляют собой жесткие горизонтальные диафрагмы. -
При больших временных нагрузках на перекрытие ребристые 1

плиты при замоноличивании швов целесообразно превращать в ,

неразрезные. С этой целью швы между ребристыми плитами на опорах J

армируются сварными седловидными каркасами, пересекающими ригель I
428

{С. 7.16, б). На нагрузки, действующие после замоноличивания, такие

шты рассчитываются как неразрезные.
Каркас
А-А
30 - 40 мм ✓ Заливка
Закладная

деталь паж
Закладная

цеталь ригеля
Каркас „
BE
Рис. 7.16. Монтажные соединения плит
Особенности поведения плит в условиях

кжара.
Плиты в зданиях и сооружениях выполняют одновременно

•тждающие и несущие функции. В зависимости от местоположения плит

,\них будут различные предельные состояния по огнестойкости. Так, для

иг покрытий предельным состоянием по огнестойкости является только

ш;ря несущей способности (R). Для плит перекрытий преде\ьными

огояниями могут быть R, Е, I, т.е. по потере несущей (R),

«оизолирующей (£) способностей и по потере целостности (/)
Многочисленные огневые испытания показывают, что предельным

игоянием огнестойкости для большинства плит перекрытий в

кюеменных зданиях является предельное состояние по потере несущей

огобности. Это объясняется тем, что благодаря констуктивной

озенности сборных элементов перекрытия, отдельно выполняющих

рукции пола, звукоизоляции, несущей части и потолка, друг ие предельные

аояния по огнестойкости в большинстве случаев не успевают полностью

роиться за кратковременный период воздействия пожара. Испытания

лг на огнестойкость, проводимые по стандартному температурному
429

режиму, подтверждают это. Некоторые результаты испытаний плит

перекрытий на огнестойкость приведены в табл. 7.1.
Так, сплошные и ребристые (ребрами вверх) предварительно

напряженные плиты из бетона на мелком известняковом щебне,

разработанные ЦНИИЭП жилища, при огневых испытаниях при свободном

опирании по двум противоположным сторонам, испытывая действия

равномерно распределенной нагрузки, к моменту разрушения имели

прогибы соответственно 40, 30, 39 см, т.е. имели прогибы более

допустимых в условиях пожара[/п] = И30 ,где I - пролет плиты.
При этом температура нагрева растянутой арматуры достигла 500°С,

температура же на необогреваемой поверхности плит оказалась равной

100°С [74]. Поскольку в условиях пожара плиты подвергаются воздействию

высокой температуры снизу, уменьшение их несущей способности

происходит в основном за счет снижения прочности нагревающейся

растянутой арматуры. Сжатые бетон и арматура нагреваются слабо. Как

правило, рассматриваемые элементы (статически определимые изгибаемые

свободно лежащие плиты, панели, настилы перекрытий) разрушаются в

результате образования пластического шарнира в сечении с максимальным

изгибающим моментом за счет снижения предела прочности

нагревающейся растянутой арматуры до величины рабочих напряжений в

ее сечении. При этом происходит резкое увеличение температурной

ползучести арматуры, интенсивное раскрытие трещин в растянутой зоне,

уменьшение высоты сжатой зоны бетона до минимума, при котором

происходит разрушение сжатого бетона и обрушение конструкции,

Образование пластического шарнира происходит при критической

температуре арматуры. В результате образования пластического шарнира

в железобетонных плитах с расчетным пролетом 10 = 5,5-6,5 м, высотой

сечения h = 10-25 см при нагреве величина прогиба равна / = 0,8^0/А.
Высокие пределы огнестойкости у сплошных плит обусловлены

высокой начальной влажностью бетона, толщиной защитного слоя 2,2 см и

сильно развитой сжатой зоной бетона. Высокая огнестойкость ребристых

плит обусловлена наличием в растянутой зоне конструктивной арматуры

из холоднотянутой низкоуглеродистой проволоки, воспринимающей на

себя часть усилий, разгружая при нагреве основную арматуру, отдаляя

момент образования пластического шарнира, а также большой влажностью

бетона. Прочность сжатой зоны была обеспечена армированием

продольных ребер по всей длине двойными вертикальными каркасами.

Результаты этих испытаний представлены на рис. 7.17, 7.18 [74].
Интересные результаты были получены при испытании на

огнестойкость многопустотных плит перекрытий. Плиты с горизонтально¬

овальными пустотами (рис. 7.19,а), армированные предварительно

напряженными стержнями диаметром 14 мм (Ст 30ХГ2С), имели на

приопорных участках сварные вертикальные каркасы из обыкновенной

холоднотянутой проволоки диаметром 4 мм и длинной 40 см, установленные

430

-IsfeAiniu 7.1
Расчетный пролет, м
1
Данные по бетону
к
со
а
е-
d
Характеристика
плиты
Ширина сжатой з<

бетона, м
Величина а, м
Прочность, МПа
Плотность, кг/м3
Весовая

влажность, %
Рабочая арматур
Нормативная нагр)

КПа
Критическая

температура армат

°С
Предел огнестойко

час / мин
Примечания
Предварительно на¬

пряженная сплошная

плита размером

5,2x2,2x0,12 м
5,1
2,2
0,029
24,2
2160
5,6
7014
ЗОХ
Г2С
4,02
500
L9
114
Разрушение по нормальному

сечению с образованием

пластического шарнира рис. 7.17
То же
5,1
2.2
0,029
22,5
2140
4,8
4,02
500
ш
98
То же
5,1
0,357
0,028
37,7
2150
6.3
6014
3,9
470
ш
То же
Предварительно
ЗОХ
98
•Толщина комплексных ребри¬
напряженная
Г2С
стых плит с основанием пола из
ребристая плита
гипсоцементо - бетонных панелей
размером

5*2x2,2x0,15(0,22)*, м
высотой 50 мм, свободно лежащих

по верху ребер на звуко¬
с несущими
изоляционных прокладках
продольными рсбрамн
толщиной 20 мм (в обжатом

состоянии), рис. 7.18
5,1
0,357
0,027
37,7
2150
7,4
6014
3,9
540
1,93
То же
То же**
ЗОХ
Г2С
116
** Вертикальный сварной каркас

04BI длиной 1,5 м, горизонталь¬

ная сетка 605BI, рис. 7.18

Окончание табл. 7.1
5
н
X
§
ю
2
5
Данные по бетону
р
(0
я
е
о
Характеристика
ПЛИТЫ
а
с
>22
2
X
£
сг
о
л
0-
о
(Л
О 5

Й

*

о
С4
X
X
о.
X
а
а
(А
X
Т
X
5
а
Прочность, МПа
Плотность, кг/м3
Весовая

влажность, %
i
О.
С4
(4
СГ
О
ю
л
а.
Нормативная на

КПа
Критическая темг

арматуры,с
Предел огнесто!

час / мин
Примечания
Предварительно

напряженная плита с

горизонтально¬

овальными пустотами

размером

6,3x0,8x0,235 м
6,2
0,76
o,o3i:
40,7
2330
2,5
3014
ЗОХ
Г2С
10,9
340
0.593
35
Разрушение по наклонному сечению

от среза бетона в сжатой зоне, рис

7.19а
То же, с круглыми

пустотами размером

6,2х] ,2x0,226 м
6,1
1,16
0,031
34,5
2340
2,9
4014
ЗОХ
Г2С
7,75
525
1.13
68
Разрушение по нормальному

сечению с образованием

пластического шарнира, рис. 7.196
То же с круглыми

пустотами размером

5,9x1,2x0,228 м
5,8
1,16
0,037
22,2
2320
2,7
4003
ВрП
7,9
400
0.75
45
То же
Рис. 7.20
Обычная плита с

круглыми пустотами

размером

5,9x1,2x0,231 м
5,8
1,16
0,017
25,3
2340
2,8
7012
25
Г2С
7,9
565
54
То же
Рнс. 7.20
То же, размером

5,9x1,2x0,23 м
5,8
1,16
0,037
22,2
2320
2,7
3016
4012
A-II
7,9
490
1.36
82
То же
Рис. 7.20

Время, мин
Рис. 7.17. Результаты испытаний на огнестойкость сплошных плит перекрытия
433
Температура, °С

Прогиб, мм
1
О

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400
0 20 40 60 80 100 120
Время, мин	!
.1
Рис. 7.18. Результаты испытаний на огнестойкость ребристых плит перекрытия ■ * ■

Прогиб, мм
Рис. 7.19. Испытание на огнестойкость многопустотных панелей перекрытой:

а * схема панели с горизонтально-овальными пустотами с расчетным пролетом 6,2 м;

б• результаты испытаний на огнестойкость многопустотных панелей перекрытий с круглы*^" ^ v
пустотами	V д
1Г

Время, мин
i^hc. у.20. Результаты испытания на огнестойкость многопустотных плит перекрытия без

предварительного напряжения
шиженной паропроницаемостью. При влажности бетона свыше 5% в

льшинстве случаев через 15-18 мин наблюдалось взрывообразное

РФушение плит в кессонах с образованием сквозных отверстий площадью

*Э,5 м2.
Предел огнестойкости железобетонного перекрытия из двух

«торебристых вибропрокатных плит (рис. 7.22) наступает вследствие

вгери теплоизолирующей способности (прогрев необогреваемой

иерхности до 160°С), что соответствует длительности нагрева около 2,5

fa. Это объясняется тем, что верхняя несущая плита защищена снизу
43?

220
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1101

Время, мин
Рис. 7.21. График роста максимальных прогибов во времени при огневых испытаниях

перекрытий из ребристых кассетных панелей с подвесными акустическими потолками:
/i; /2 - прогибы плит пролетом 3,1м при использовании соответственно сгораемого и
огнезащитного потолков
слабонагруженной плитой, выполняющей роль потолка и экрана

одновременно. Время до полного обрушения перекрытия составило более 4

часов. С учетом приведенной толщины нижней плиты защитный слой 1Ц

бетона у арматуры диаметром 12 мм из стали 25Г2С в верхней плите |Ь(

составил 70 мм. Поэтому температура ее нагрева при испытаниях не

превышала 450°С, тогда как ее критическое значение было равно 640”С

(рис. 7.22).
438

Таким образом, особенности поведения плит сборных

шлезобетонных перекрытий в условиях пожара зависят от способа

■а^ирования, вида применяемой арматуры, формы поперечного сечения,

•тцдины защитного слоя бетона.
Р- 7.22. График роста максимальных прогибов и средней температуры нагрева арматуры во

ремени при огневых испытаниях перекрытия из двух часгоребрисгых вибропрокатных
панелей:
1( - температура нагрева стержневой арматуры 012 мм из стали марки 25Г2С;
I индексы «в» и «н» - соответственно верхняя и нижняя панели составного перекрытия с

расчетным пролетом 3,1 м
439

Сплошные железобетонные плиты, армированные юрмчекатанной

стержневой арматурой, с сильно развитой сжатой зоной, ребристые плиты

с мощными продольными ребрами, армированными по всей длине

горячекатанной стержневой арматурой и двойными вертикальными

каркасами из обычной холоднотянутой проволоки, теряют свою несущую

способность по нормальному сечению в пролете в результате образования

пластического шарнира. Такой же характер разрушения наблюдается и у

многопустотных плит с круглыми пустотами, армированных стержневой

продольной арматурой и вертикальными каркасами на приопорных

участках, равных 1/4 пролета плиты. При этом потеря несущей

способности аналогичных плит, армированных высокопрочной

проволокой, происходит по нормальному сечению гораздо раньше.
Необходимо обратить внимание на поведение в условиях пожара

тонкостенных элементов железобетонных плит. Под действием

температурных напряжений, возникающих из-за неравномерного прогрева

по сечению, они разрушаются по бетону сжатой зоны. На приопорных

участках тонкостенных плит в начальной стадии огневого воздействия

образуются опасные наклонные трещины, появляющиеся под действием

главных растягивающих напряжений от воздействия внешней нагрузки и

температуры. Этим объясняется характер разрушения - хрупкое

скалывание или срез бетона сжатой зоны по наклонной плоскости.
Предел огнестойкости плит междуэтажных сборных перекрытий

наступает, как правило, вследствие потери несущей способности.

Обрушение железобетонных перекрытий в условиях пожара происходит

либо в результате образования пластического шарнира в растянутой зоне,

либо в результате разрушения бетона сжатой зоны до образования

пластического шарнира.
Большие прогибы железобетонных перекрытий, разрушающихся в

результате образования пластического шарнира в растянутой зоне,

указывают на интенсивное снижение жесткости элементов с увеличением

температуры.
Необходимо учитывать, что предел огнестойкости изгибаемых

конструкций, разрушающихся в результате образования пластического

шарнира, должен определяться временем начала текучести растянутой

арматуры, а не временем их фактического разрушения, т.к. после г

образования пластического шарнира конструкция может разрушаться без I

дополнительного нагрева, т.е. спустя некоторое время после прекращения

огневого воздействия.	■
Представляет интерес поведение в условиях пожара плит, опертых | f

по контуру (рис. 7.23). Плиты, свободно опертые по контуру,

деформируясь в двух направлениях в условиях пожара, превращаются в

пространственную конструкцию вследствие изменения статической схемы

работы под нормативной нагрузкой. Через некоторый промежуток времени

нагрева средняя часть таких плит оказывается растянутой на всю толщину,

а сжатая зона отодвигается ближе к контуру, в результате чего плиты •

чльно провисают. Центр тяжести растянутой арматуры, расположенной по

Д]е провисания, смещается вниз по отношению к точке приложения

ринодействующей сжимающих усилий по контуру плит. В результате

^исходит увеличение плеча внутренней пары сил в рассматриваемых

'-«четных сечениях плиты по осям ОХ и OY, что вызывает ее своеобразное

ючнение. Подобная пространственная схема работы свободно опертых

пКонтуру плит в условиях огневого воздействия приводит к увеличению

кртической температуры нагрева всей растянутой арматуры [44].
441

f.i.i.B. ьалки
Железобетонные балки могут быть однопролетными и

многопролетными, а по способу изготовления — сборными, монолитными

и сборно-монолитными.
Поперечные сечения балок обычно бывают прямоугольные,

тавровые, двутавровые и трапецевидные (рис. 7.24)[75J.
Высота балок ft колеблется в пределах от 1/10 до 1/20 их пролета.

Ширина прямоугольных поперечных сечений Ь назначается в пределах (0,3-
0,5) й. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если

она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах.

Характерными сечениями предварительно напряженных балок

явлются тавровое и двутавровое.
В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в

раеянутой зоне сечения в один, два и более рядов с такими зазорами,

чгоы можно было произвести плотную укладку бетона, что достигается

аачением основных размеров зазоров и защитных слоев (рис. 7.24,а).
Продольную рабочую арматуру в балках укладывают согласно

эшиам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна

вскринимать растягивающие усилия, возникающие при изгибе
■	автрухций под действием нагрузок.
Суммарная площадь сечения продольной рабочей арматуры At,

прделяемая по расчету, должна составлять в изгибаемых элементах не

te /1 = 0,05% площади бетона рабочего сечения, т.е. от площади,

чсляемой для прямоугольного сечения как произведение его ширины b

абочую высоту сечения h0 = h-a(где h — высота сечения; а —

эгояние от равнодействующей усилий в стержнях арматуры до

пнутой грани сечения] (см. рис. 7.24,а). Для продольного армирования

1еняют стержни периодического профиля диаметром от 12 до 32 мм.
В железобетонных балках одновременно с изгибающими

кнтами действуют поперечные силы. Поперечные силы

:ринимаются бетоном и поперечной арматурой (поперечными

)(снями или хомутами).
Кроме того, в балках из конструктивных и производственных

■ооажений устанавливают монтажную арматуру для крепления

пречной арматуры и образования арматурных каркасов. Балки

рпруют, как правило, сварными каркасами и лишь в отдельных случаях

в'заными. Армирование однопролетной балки каркасами показано на

1.CJ.25.
1 Количество плоских сварных каркасов в сечении балки зависит от

? шрины. При ширине балки b < 150 мм — один каркас; при Ь = 200-250

ш -,ва и при большей ширине — два или три каркаса.
Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с

эищью горизонтальных поперечных стержней, устанавливаемых через 1-
^ В качестве несущей арматуры в изгибаемых элементах при

-деленных условиях используют прокатные профили (жесткая

>»чура) и сварные пространственные арматурные каркасы.
Балки с жесткой арматурой могут быть двух типов: с

[спложением профиля по всей высоте балки (рис. 7.26,а] или полностью

рстянутой зоне (рис. 7.26,6). В балках обеих типов ставят

ткнительную арматуру в виде сварных сеток или хомутов и продольных

нужных стержней диаметром 8-10 мм. В балках первого типа

'пюечную арматуру ставят без расчета диаметром 6-8 мм. В балках

о:рго типа (рис. 7.26,6) поперечную арматуру определяют расчетом.
443

к"
\Е	/
б 3
777fri
|£
Л
L-T
Рис. 7.25. Схемы армирования балок:

а - однопролетная балка со сварными каркасами; б-тоже, с вязаной арматурой;
1 - продольные рабочие стержни; 2- поперечные стержни каркасов; 3- продольные

монтажные стержни; 4 - поперечные соединительные стержни; 5 - рабочие стержни с

отгибами; 6-хомуты вязаных каркасов
444

08-Ю
A-A
Рис 7.26. Армирование балок:

а, б- жесткой несущей арматурой; в - сварным каркасом
Защитный слой бетона для жесткой арматуры должен быть не менее
ч.
Несущие сварные каркасы изготавливают в виде

фгтранственных ферм из стержней круглого и периодического

сроиля, а также мелкого фасонного профиля (рис. 7.26,в). Эти каркасы

смтруируют как сварные стальные фермы. При полных нагрузках

ищие каркасы пояса ферм работают как продольная арматура,

жодящие раскосы — как отгибы, а стойки — как поперечные стержни.
Предварителъно напряженная арматура не входит в состав каркасов

(вмещается в соответствии с эпюрами моментов и поперечных сил. В

щпролетных балках небольшой высоты предварительно напряженную

эгтуру обычно располагают в растянутой зоне прямолинейно по всей

те элемента (рис. 7.27,а).
От внецентренно приложенной силы предварительного обжатия Р

В)а выгибается, и в верхних волокнах появляются растягивающие

Э|>яжения по всей длине элемента (рис. 7.27,6). При действии
445

/
mini гнтч t
I I M 11 I 11 1 I I I I I I I 11 (M,
fa
A'tp — ( 0,15...0,25 )Alp

P
Рис 7.27. Схема армирования балок предварительно напряженной арматурой (а - е),

размещение напрягаемой арматуры в растянутой зоне балок (ж - и):
I	- напрягаемая арматура; 2- хомуты; 3 - ненапрягаемая продольная арматура
эксплуатационных нагрузок в верхней зоне возникают сжимающие

напряжения (рис. 7.27,в). В результате суммирования эпюр напряжений

(рис. 7.27,г) в верхних волокнах приопорных сечений балки наблюдаются

растягивающие напряжения, которые могут вызвать образование трещин.

Для погашения этих напряжений в балках иногда укладывают верхнюю
446

Рис. 7.28. Конструкции стыков сборного ригеля с колонной:

а - усилия, действующие в стыке; б- жесткий стык на консолях; в - жесткий стык

бесконсольный; г- скрытый стык на консолях; I - арматурные выпуски из ригеля и колонии
2	- ванная сварка; 3 - вставка арматуры; 4 - поперечные стержни, привариваемые при монтаже

5- бетон замоноличивания; 6 - усиленный арматурный выпуск из ригеля; 7- опорный столик из

уголков с отверстием для удобства бетонирования; 8-стальные закладные детали; 9-призмзи-

ческие углубления для образования бетонных шпонок; 10 - фигурная деталь «рыбка»,

привариваемая при монтаже
прямоугольным. Армируются такие ригели, как простые балки _

прямоугольного сечения без предварительного напряжения. Общественные

здания в большинстве случаев имеют связевую систему и реже - рамно-

связевую.	v
Связи, учитывая особенности планировки помещений, в основном ,

выполняются в виде железобетонных диафрагм. Целый ряд помещений £?■
448	■ ^

Явственных зданий имеют значительные размеры, что приводит к

■меоходимости назначать сетку колонн также значительных пролетов.
При связевой системе здания ригели могут свободно опираться на

«оголи колонн. В тоже время для уменьшения пролетного момента ригеля

оеспечения устойчивости каркаса при монтаже целесообразно

вмление (заделка) ригеля в стыке с колонной. Целесообразно

1а|ичное защемление, так как полное защемление связано со

;нштельным расходом металла.
Значительные размеры помещений часто не позволяют совместить

>аположение ригеля со стенами, поэтому в целях уменьшения

иупающей части ригеля и уменьшения общей толщины перекрытия

1Щ1ЛЯМ придают тавровое сечение, на полки которого опираются плиты

е]крытия (рис. 7.24,в).
В производственных зданиях ригели, как правило, являются

.«ентами рам. Их сечение может быть прямоугольным и тавровым,

шя в ригелях определяются статическим расчетом рамы на все виды

ействия. При этом возможен учет пластических деформаций,

юдящих к перераспределению и выравниванию изгибающих моментов

ду отдельными сечениями. При равных пролетах ригель можно

читывать как неразрезную балку.
В монолитных ребристых перекрытиях с балочными плитами

7.13) главные балки располагаются параллельно или перпендикулярно

вольным стенам и имеют пролет 1Х = 6 - 8 м. Пролет второстепенных

ж (2 = 5 - 7 м. Высота сечения второстепенных балок составляет

/2 — 1/20) (2, главных (1/8 - 1/15) 1Х, ширина сечения балок

=№,4-0,5) h.
Второстепенную балку рассчитывают как неразрезную

ргтрукцию, опирающуюся на главные балки и наружные стены, на

аюмерно распределенную нагрузку (g, + V), передаваемую плитой с
э*сы bj{см. рис. 7.13), и нагрузку от собственного веса балки g2 т.е.
:?i +У)Ь/ +&2 ■ гАе -постоянная нагрузка; V-временная нагрузка.
В расчетном отношении главная балка рассматривается как

йррезная, загруженная сосредоточенными грузами. Расчетное сечение
ишых балок принимают в пролете - тавровым, шириной(6/ =//3), на

юе - прямоугольным — с шириной ребра b [75]. Армирование

постепенной и главной балок показано на рис. 7.29, 7.30.
Перед рассмотрением вопроса об особенностях поведения

еазобетонных балок в условиях пожара необходимо уяснить

ценности статического расчета железобетонных конструкций с учетом

г£распределения усилий. Это позволяет объяснить особенности

э!дения таких конструкций в условиях пожара.

,1/4* .
Рис 7.29. Армирование

второстепенной балки:
1 - пролетная арматура;

2- надопорная арматура-

сета;
3 - стыковые стержни

d>d/2 и не менее 10 мм
—4 А 1
п—
сдашг
Рис 7 .30. Армирование главной балле

I - пролетный каркас;
2- опорный каркас
Ригель многопролетного перекрытия представляет собой элемент

рамной конструкции. При свободном опирании концов ригеля на наружные

стены и равных пролетах ригель можно рассчитывать как неразрезную

балку. При этом возможен учет образования пластических шарниров,

приводящих к перераспределению и выравниванию изгибающих моментов

между отдельными сечениями.
Как известно, при полном использовании несущей способности

железобетонных элементов напряжения в бетоне и арматуре достигают

расчетных сопротивлений, т.е аь =Rb ;as = Rs
При достижении расчетных сопротивлений бетон работает как

упруго-пластический материал с преобладанием пластических деформаций,

а арматура работает в области площадки текучести. При определении

усилий методами строительной механики обычно принимается, что

элементы конструкции работают упруго. Такое допущение является

приемлемым при расчете усилий в статически определимых конструкциях.

В статически неопределимых же конструкциях такое допущение во многих

случаях является нецелесообразным. Это объясняется тем, что допущение
450

н етвечает действительной работе элементов и, кроме того, при этом имеет

(него несоответствие, т.е. при расчете по предельным состояниям расчет

:<*ний выполняется с учетом пластических деформаций бетона [76].
! Работа конструкций при действии высоких температур,

зюникающих при пожаре, рассматривается за пределами упругости. В

ire неупругих деформаций бетона и арматуры и состоит особенность

>®ета усилий в статически неопределимых конструкциях. Изменение при

т евходе от расчета по упругой схеме к расчетам с учетом неупругих

формаций называется перераспределением усилий и, главным образом,

оентов. Расчет несущей способности конструкций при учете

^распределения моментов может быть выполнен методом предельного

.шовесия, если предел их несущей способности характеризуется резким

срастанием общих необратимых деформаций.
При определении нагрузок, отвечающих пределу несущей

гшобности конструкций, любым способом (статическим или

•эматическим), используются свойства и предельные условия,

1чающие возникновению пластического шарнира.
Зона или участок больших местных деформаций предельного

уовесия в балках называются пластическими шарнирами - (ПШ), а в

.гах - линиями излома.
Напряжения в бетоне и арматуре в зоне ПШ обычно принимаются

-^-Rb;(Js = Rs Зона распространения этих предельных напряжений

канительно невелика, поэтому для практических расчетов прочности

тнимают, что эта зона стягивается в точку (рис. 7.31, а).
Эпюра напряжений в бетоне как и при расчете сечения по

тэ\ельным состояниям может быть принята прямоугольного очертания,

(^ренние усилия в сечении А-А, проходящем через ПШ показаны на

uJ7.31, б.
I	Момент внутренних усилий относительно точки приложения В

(Лия Nb в сжатой зоне бетона Мш = RSAZ. Это выражение является

эгицей предельного условия М < RAZ. Плечо пары внутренних сил Z

рнительно мало меняется при изменении армирования в практически

[рменяемых пределах. Поэтому можно считать, что Мш зависит только от

.вдади сечения арматуры А( и класса арматуры (Rs), т.е. практически

';= const.
В статистически определимой конструкции, например, свободно

£1ащей балке, под влиянием взаимного поворота частей балки и

ашвающегося значительного прогиба высота сжатой зоны сокращается,

(зультате чего напряжение в сжатой зоне оь достигнет значения
Цть = Rb), т.е. конструкция превращается в мгновенно изменяемую

«ему - механизм (рис. 7.31, в).
В статически неопределимых системах каждый ПШ понижает на

Л г ступень степень статической неопределимости системы. Так,
451

м„=яAZ

M=/(Aj;Rs) = const

Mw=const

El= со
Рис. 7.31. Схема образования пластического шарнира в железобетонных балках
В
однажды статически неопределимая балка (см. рис. 7.31,г) при образовании

ПШ превращается в статически определимую балку с известным моментом

Мш на опоре Б (рис. 7.31 ,d). В состояние предельного равновесия статически

неопределимая система приводится при образовании числа ПШ на один

больше степени статической неопределимости системы. Так, балка на рис,

(5.31, е) находится в предельном равновесии при образовании второго ПШ в

точке С, где положительный момент достигает наибольшего значения.

Таким образом, осадка опор, воздействие высоких температур вызывают

упругой стадии работы конструкции дополнительные и порой довольно

существенные усилия. При расчете же статически неопределимых систем

по методу предельного равновесия учет подобного рода факторов излишен.

Это становится очевидным, если учесть, что прежде чем в конструкции

наступит состояние предельного равновесия, она в какой-то

предшествующий этому момент превратится в статически определимую

систему, на которую, как известно, эти факторы никакого влияния оказать

не могут.	р ■
Рассмотрим однопролетную балку, защемленную на обеих опорах |

(рис. 7.32,а), загруженную равномерно распределенной нагрузкой с

одинаковым продольным армированием на опорах и в пролете. Расчетную

схему балки можно представить в виде шарнирно опертой балки с

моментами М на опорах (рис. 7,32,6).
I
452

м,
дм
мш
м,
A.si.
''Л.;
М0
М,„
л
М,"
~—	—V
	.	-
мш
4$\
MiU
м,
дополнительная эпюра
|и 11 ii! 1
inllli
II
|
(1М
дм
«с. 7.32. Эпюры перераспределения изгибающих моментов в статически неопределимой

балке при равномерно распределенной нагрузке
Построение эпюры моментов производится "подвешиванием''

11|>ры моментов простой балки к эпюре от опорных моментов. При
нугой работе материала в балке возникают: опорные моменты М‘^р и
:абольший пролетный момент Mf
Из построения следует: М0 = + Mf (рис.7.32,в), где

Л- балочный момент(момент в свободно опертой балке).
453

Из курса "Сопритиаления материалов" известии, чти для д<тной
балки
«V 12' 1 24

АС
К
В железобетонной балке восприятие опорного момента

обеспечивается арматурой. Необходимое сечение арматуры при расчете по

упругой схеме равно:
•V _ ■у
А- М~
RZ
При наличии такой арматуры ПШ на опорах не образуется.

Предположим, что на опорах установлена арматура ASJup < А'1

(рис. 7.32,г). Тогда в арматуре возникнут значительные неупругие

деформации, сопровождающиеся поворотом сечения. На onopai

образуются ПШ, а значение момента - Мш = Atnp RZ (рис. 7.32,d).
С дальнейшим ростом нагрузки (внешней) величина опорных
моментов остается равной М^=МШ , а увеличивается пролетный

момент Mt. Процесс перераспределения моментов сопровождается

деформациями в пластических шарнирах. Так как
можно определить М, = М0 -Мш . Если наложить на полученную эпюру -

эпюру моментов в упругой стадии работы материалов, то видно, что

опорные моменты уменьшились на величину AM =М^-МЫ, а
пролетный момент увеличился на AM (рис. 7.32, е).
Поэтому можно представить, что эпюра моментов в пластической

стадии получена из эпюры моментов в упругой стадии путем наложения та*

называемой дополнительной эпюры. В данном случае дополнительная

эпюра имеет вид прямоугольника (рис. 7.32, ж). Исходя из этого, можно

сказать, что дополнительная эпюра - это эпюра от дополнительных

моментов AM в пластических шарнирах. Результирующая от сложения

этой (дополнительной) эпюры с эпюрой моментов, полученной при

упругой работе элемента, и будет представлять собой эпюру моментов с

учетом образования ПШ, т.е. с учетом неупругих деформаций,
Соотношение опорного и пролетного моментов представляется

неравенством

454

К мш	ш ;М%
Mt Mt M? + AM Mf
Полученное неравенство выражает перераспределение моментов.
В практике проектирования конструкций перераспределение

мшентов вследствие пластической работы материалов используют в

инпресах экономии материалов и улучшения конструктивного качества. В

Зсшинстве случаев для этого производят так называемое "выравнивание

човнтов" A/JlfJ=A/r При этом облегчается армирование опорных
е?чний, достигается одинаковое армирование сетками и каркасами на

з^оах и в пролетах, что позволяет снизить расход арматурной стали на

?1М%.
Для рассмотренной балки выравнивание моментов составит
М,= М	= =
2	8-2 16
Ордината дополнительной эпюры будет равна:
12 16 48
Разрушение такой балки произойдет при образовании

I логического шарнира в пролете, то есть когда она превратится в

[з>няемую систему.
^ На примере этой же балки (рис. 7.33,а) покажем резерв несущей

гкобности конструкции по сравнению с упругим методом расчета.

'1'С»дя из упругого метода расчета следует, что первые два пластических

в анира одновременно возникнут на опорах балки. Нагрузку,
ьывающую такое состояние, определим из условия д0 = \2МЩ1/(2.
\ Исчерпание несущей способности наступит лишь тогда, когда в

е|дине пролета (в сечении, где действует максимальный момент от

[Э|узки) балки напряжения в арматуре достигнут предела текучести,

удалнительная нагрузка, переводящая конструкцию в состояние

[Цельного равновесия, определяется из условия

“|
д0е2 ^ Ад(2 д0(2

24 8 12 '
Яо
Отсюда Д? = — . При этом на всех этапах нагружения должна
о1.юдаться зависимость: сумма пролетного и соответствующих частей

пюных моментов равна моменту в свободно опертой балке:
455

м =W'
^sup.A у2
шшшшшшшшшшгЛч
МгирХ (р^ I I I I I I I I I I I ! I' ^sup.B
ЪЩЩЩ?
01
^supji 12
■К ж
NUUI
ж
q0+Aq
, -Яое
лр .в 12
Рис 7.33. Эпюры изгибающих

моментов ь балке:

а - статически определимой;

б - статически неогтредилимой
М0=М1 + М,ир’л+^М"‘р'в .
Последовательность перераспределения изгибающих моментов

рассмотрим еще на примере балки, защемленной на двух опорах,

нагруженной сосредоточенной нагрузкой. С появлением пластического

шарнира на одной из опор при нагрузке F0 (рис. 7.34,а) балка приобретает

новую схему - с одной защемленной и второй шарнирной опорами

(рис. 7.34,6). При дальнейшем повышении нагрузки балка работает по этой

новой схеме.
С момента появления пластического шарнира на другой опоре при

увеличении нагрузки на Д^0 балка превращается в свободно опертую
1
щ
Р
Я
а-
456

на [бающих моментов в статически

- неопределимой балке при

сосредоточенной нагрузке
A Pi
I ДЛ
РГТТтт^ 1
•	7.34,в|. Образование пластического шарнира в пролете при

пшительной нагрузке Дг-^о превращает балку в изменяемую систему,

=. риводит к разрушению.
Предельные расчетные моменты в расчетных сечениях (в

згических шарнирах) равны: на опоре А - Мл; на опоре В - Мв\ в

а:те - Мt (рис. 7.34,г).
Найдем статическим способом изгибающие моменты балки в

Ерльном равновесии.
Пролетный момент равен:
Отсюда уравнение равновесия имеет следующий вид:
(7.1)
457

Мй = Mt + M At+MB^
Fab
где мо =~i~' т-е' момент статически определимой свободно опертой

балки.
Из уравнения (7.1) вытекает, что несущая способность статически

неопределимой конструкции не зависит от соотношения значений опорньи

и пролетного моментов и от последовательности образования пластически

шарниров.
7.1.1.г. Особенности поведения балок в условиях

пожара
Исследования натурных пожаров, а также изучение результатов

экспериментов показывают, что поведение железобетонных балок в

условиях пожара обусловлено факторами, аналогичными для плоских плит.

Однако непосредственное сравнение поведения балок и плит неправомерно.

Это объясняется тем, что балочные конструкции в условиях пожара

обогреваются с трех сторон. Кроме того, отличительной особенностью

балок по сравнению с плоскими конструкциями является наличие арматуры

в сжатой зоне. При двух- и трехмерном потоке тепла сечения элементов

прогреваются интенсивнее, чем при одномерном, особенно углы балок. Во

всех случаях происходит нагревание сжатой зоны бетона, что влияет на

прочность и деформативность бетона и арматуры сжатой зоны.
В статически определимых балках прогрев продольных арматурньп

стержней до критической температуры приводит к образованию

пластического шарнира в сечении, где действует М , что и является

причиной разрушения балки, то есть наступления ее предела

огнестойкости.
Существенное влияние на поведение балок в условиях пожара

оказывает способ их опирания. Опыты показывают, что при свободных

шарнирных опорах и при абсолютно жестком закреплении концов балок

они имеют минимальную огнестойкость.
Статически неопределимые изгибаемые конструкции при нагреве

снижают свою несущую способность за счет уменьшения прочности

опорных и пролетных сечений. Прочность пролетных сечений, как и в

случае статически определимых элементов, уменьшается в результате

нагревания растянутой арматуры. Снижение прочности опорных сеченяй
458

■>р(сходит вследствие прогрева бетона и арматуры сжатой зоны до
•	ыских температур.
В условиях пожара в статически неопределимых стержневых

■центах при заделке их опор происходит перераспределение моментов за

гтавозникновения отрицательного температурного момента вследствие

л.-рпада температур по высоте сечения и отсутствия свободы поворота

е «гай. Из-за перепада температур балка стремится изогнуться вниз, чему

риятствует заделка на опорах. Возникающий температурный момент

ньшает момент в пролете и увеличивает соответственно моменты на

оах.
В балках, армированных по выравненным моментам, уже через 10-

й.инут нагрева отрицательный температурный момент приводит к

бузованию пластических шарниров на опорах. После образования

агических шарниров на опорах элемент превращается в статически

т Делимую конструкцию с известными моментами на опорах.
1 Полное разрушение конструкции произойдет при образовании

^,его пластического шарнира в пролете, когда в нагретой до высоких

0ратур пролетной растянутой арматуре резко увеличиваются

[рмации температурной ползучести. Перераспределение усилий, как

^4, положительно сказывается на огнестойкости заделанных на опорах

|:. Пролетная сильно нагретая арматура разгружается, вследствие чего

^ический шарнир в пролете образуется при более высоких

ж^ратурах этой арматуры, чем это имеет место у статически

делимых балок. С пролетной арматуры усилия передаются на опорную

.^янутую арматуру, которая расположена у верхней грани конструкции

вгревается слабее. Поэтому предел огнестойкости статически

ге*о»еделимых элементов существенно выше, чем у простых изгибаемых

дагнтов. Он зависит от соотношения площадей сечения опорной и

ip «тной арматуры одного класса, т.е. от соотношения

>ащ:>действующих усилий, воспринимаемых арматурой на опорах и в
С увеличением этого отношения предел огнестойкости
Ф‘0|!те
к
лекнтов повышается. Если данное соотношение составляет величину

э;^ка 0,25, то увеличение предела огнестойкости статически

еюоеделимого элемента по сравнению со статически определимыми

оспвляет 10%, при соотношении 0,5 - увеличение достигает 25%, при

ооюшении 1,0 - 50%, при соотношении 2,0 - 150%.
Влияние статической неопределимости конструкций на предел

гн1тойкости должно учитываться при соблюдении следующих

ревваний:
не менее 20% требуемой на опоре верхней арматуры должно

рсмдить над серединой пролета;
459

верхняя арматура над крайними опорами неразрезной системы

должна заводиться на расстояние не менее 0,41 в сторону пролета от опоры

и затем постепенно обрываться {I - длина пролета];
вся верхняя арматура над промежуточными опорами должна

продолжаться к пролету не менее чем на 0,15^ и затем постепенно

обрываться [77].
Поэтому с точки зрения огнестойкости выгодно увеличивать

армирование опорных сечений.
Рассматриваемая схема возникновения предельного равновесия

балки, защемленной на опорах, предполагает наличие трех пластически!

шарниров как необходимого и достаточного условия для оценки несущей

способности балки в условиях пожара. Но на практике не исключены

случаи таких конструктивных решений элементов, при которых

пластические шарниры на опорах могут не возникнуть. В этом случае

огнестойкость конструкции будет определяться предельным моментом

наиболее опасного сечения.
Разрушение статически определимых изгибаемых элементов может

происходить не только по растянутой зоне, но и по сжатому бетону. В этом

случае сжатая зона разрушается раньше начала резкого увеличения

деформаций температурной ползучести растянутой арматуры. Такой

характер разрушения изгибаемых элементов происходит из-за

криволинейного распределения температуры по высоте сечения. Такое

разрушение характерно для переармированных изгибаемых

железобетонных элементов, работающих в условиях эксплуатации при

предельно допустимых нагрузках. Потеря несущей способности их

происходит от хрупкого разрушения сжатой зоны бетона при

сравнительно небольших деформациях растянутой арматуры.
7.1.2.	Сжатые элементы, их конструктивные

особенности
В зданиях и сооружениях наряду с изгибаемыми имеются элементы,

работающие на сжатие, которые также являются основной частью несущих

строительных конструкций.
В многоэтажных зданиях таковыми элементами являются колонны,

поддерживающие перекрытия, в одноэтажных зданиях - колонны,

поддерживающие стропильные конструкции, в фермах - сжатые пояса, в

бескаркасных зданиях - несущие стены и т.д.
В условиях эксплуатации сжатые элементы могут быть

внецентренно-сжатыми со случайным эксцентриситетом еа и внецентренво

сжатыми с эксцентриситетом ео> et. Внецентренно-сжатые элементы сс

случайным эксцентриситетом можно рассматривать (условно) центрально-

сжатыми.
460

F - давление от

1 покрытия

juD - давление от

**• крана
№
N = F+D
Гр, M=Deo
Г////' 11 \_J7r777f
a i
I	11 }^'>>>)»)rr^
м/Т> 0 ■ с
М\ 4Уо"

N
Рис 7.36. Внецентренно-сжа-гые элементы:

а - колонна производственного зд ания: б - верхний пояс безраскосной фермы: в - craal

подземного резервуара
Л;
м
eo=^7 + eai	(7.2|
N
где еа - случайный эксцентриситет.
Учитывая неоднородность строения бетонного тела и другие

факторы, не предусматриваемые расчетом, в статически неопределимых

конструкциях величина эксцентриситета ео не должна приниматься меньша

случайного эксцентриситета еа, а в статически определимы*,

конструкциях расчетные значения эксцентриситета находят как сумму F

эксцентриситетов из статического и случайного расчетов. Эксцентриситет-

еа в любом случае принимается не менее одного из следующих значений:

1/600 длины элемента (^„/600 ) или длины его части (между точками

закрепления), учитываемом в расчете; 1/30 высоты (Л) сечения элемента,

или 1 см.
В зависимости от особенностей армирования сжатые элементы

различают:
1 )по виду продольного армирования: с гибкой продольной \ ['

арматурой и хомутами; с жесткой (несущей) продольной Г т

арматурой;	I
2) по виду поперечного армирования: с обычным поперечным lit:

армированием; с косвенной арматурой, учитываемой в расчете.

Сжатые элементы с гибкой продольной арматурой и хомутами <

армируют продольными стержнями диаметром 12-40 мм (рабочая арматура! ,

преимущественно из горячекатанной стали класса A-II, А-Ш ® '\|г

термомеханически упроченной - Ат-Ш. Минимальные диаметры рабочей ^ .

арматуры: в сборных элементах - 16 мм, в монолитных - 12 мм. При^’*
462

зшительных нагрузках и больших эксцентриситетах возможно

приенение арматуры классов Ат-IV, AT-V, А-V диаметром до 32 мм в

вязяых каркасах. Поперечное армирование осуществляется стержнями из

гарчекатанной арматурной стали классов A-III, А-И, А-I. Продольную и

пгаречную арматуру сжатых элементов объединяют в плоские и

<транственные каркасы, сварные или вязаные. Армирование сжатых

_зл!еентов представлено на рис. 7.37.
№
: 37. Армирование сжатых элементов с

гибкой арматурой:

ма армирования:
1 - продольные стержни;
2-	поперечные стержни;
• защитный слой бетона

продольной арматуры;	^
ая- то же, поперечной арматуры; ^

а, армирование внецентренно-

„кзк элементов сварными каркасами; **

>-.заными:
1	- сварные каркасы;
2	- соединительные стержни;
3-шпильки;
4 - хомуты;
5-промежуточные стержни
,<400, <400,
A'i
J 2 i,
/ \
aw
1 1
~Би
<N 1
Л
М
?
h
IT
ч-У
<400 «400 |
600* h •= 1000
Рабочая арматура ставится по расчету и воспринимает часть

аиузки, действующей на элемент. Поперечная арматура (хомуты) в

станом предназначены для обеспечения проектного положения

.Сатуры и для предотвращения выпучивания продольных стержней при

ештвии внешней нагрузки. Она также препятствует развитию

:ошречных деформаций элемента.
Расположение продольной арматуры может быть симметричным
А' ) относительно центра тяжести сечения и несимметричным
MfAs). Симметричное армирование проще в изготовлении, но при

омпих эксцентриситетах — менее экономично.
463

Насыщение поперечного сечения сжатых элементов продольной

арматурой оценивают коэффициентом армирования Ц (fi %):

для элементов со случайным эксцентриситетом
u = As+As =dl!°L;M% = ds*L.l 00%;	(7.3)
bh bh bh

для элементов с расчетным эксцентриситетом
м = Лл* = L. 100%	Р-4)
bh0 bh0
где h0 -расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до сжатой

грани сечения.
Для элементов со случайным эксцентриситетом коэффициент /i %

не должен превышать 3%, а для внецентренно-сжатых - 0,5-1,2%,

Минимальные значения Ц% равны соответственно 0,5% и 0,05-0,25% в

зависимости от гибкости элемента (X = (0/i). Рабочие стержни в

поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности

элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя at,

которая должна быть не менее 20 мм и не менее диаметра стержней

арматуры (см. рис. 7.37,а).
Максимальное расстояние между продольными стержнями должно

быть не более 400 мм (рис. 7.37).
Расстояния между поперечными стержнями (по условию

обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания при сжатии)

s (см. рис. 7.37) должно быть при сварных каркасах не более 20d, при

вязаных - 15 d, но не более 500 мм при R = 450 Мпа. Если общее насыщение

элемента продольной арматурой превышает 3% (Ц > 0,03), то поперечные

стержни необходимо устанавливать с шагом s не более 10d и не более 300

мм. Следует учитывать также следующее условие: s - величина шага

поперечной арматуры не должна превосходить наименьший размер сечения

колонны.
Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с

помощью поперечных стержней, привариваемых контактной точечной

сварной к угловым продольным стержням плоских каркасов (см. рис. 7.37).
Диаметр поперечных стержней d в сварных каркасах должен

назначаться по условиям свариваемости (d^ld = 0,25 + 0,3), в вязаных

каркасах не менее 5 мм и не менее 0,25d, где d — наибольший диаметр

продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней а,

должна быть не менее 15 мм.
Сжатые элементы с несущей (жесткой) арматурой применяются

главным образом в многоэтажных зданиях каркасного типа, возводимых из

монолитного железобетона. В этом случае несущая арматура используется

464

В8НСТ0 лесов для поддержания нагрузки от опалубки, свежеуложенного

шеэна и монтажных устройств. После приобретения бетоном достаточной

ирчности конструкция работает как железобетонная с несущей (жесткой)

а1ратурой.
В качестве несущей арматуры используют прокатную сталь

л,вгаврового, швеллерного, крупного уголкового профиля, то есть

тоткую арматуру или крупные круглые стержни и мелкий уголковый

гпрфиль - сварные каркасы (рис. 7.38,а).
В колоннах с жесткой арматурой отдельные профили соединяют

пинками или решетками. Сечение жесткой арматуры принимают в

шрделах 3-8% площади бетона поперечного сечения элемента. Во

газгжание отслоения бетона насыщение арматурой поперечного сечения

шедолжно превышать 15% (суммарное). При большем проценте

рирования считается, что бетон может выполнять только функции

1итной неработающей оболочки. Элементы снабжаются поперечной

}атурой. Дополнительная гибкая арматура размещается по периметру

иния по общим правилам в виде отдельных стержней или плоских

*>ных каркасов.
Если армирование осуществляется только жесткой арматурой, то

контуру сечения устанавливают легкие сварные сетки с монтажными

чжнями по углам.
Защитный слой бетона для прокатных профилей и расстояния

ре:ду профилями назначают по рис. 7.38,а; при этих размерах

б:печивается высокое качество бетонирования.
Несущую арматуру в виде сварных каркасов конструируют из

к глой и мелкой фасонной стали, объединяя плоские сварные каркасы в

пр:транственные устойчивые арматурные блоки (рис. 7.38,6). При этом

О'Швные продольные стержни раскрепляют поперечными и наклонными

счижнями (все сварные швы - двусторонние).
Если в центрально-сжатых коротких элементах одновременно с

полольной установить поперечную арматуру с малым шагом, способную

Э|ф|ективно сдерживать поперечные деформации, то можно существенно

п сысить несущую способность элемента. Такое армирование называют

пшенным.
j В практике для сжатых элементов с круглым или прямоугольным

жречным сечением косвенное армирование выполняется в виде спиралей

и.лсварных колец, а для прямоугольных сечений - объемное косвенное

актирование в виде поперечных сварных сеток (рис. 7.39). Армирование

:««ами часто применяют для местного усиления железобетонных сборных

К'Шнн вблизи стыков. Продольные деформации элементов, усиленных

геенной арматурой, весьма велики и тем больше, чем сильнее поперечное

!1рир0вание.
Граничные стержни сварных сеток, спирали и кольца должны

з:атывать все продольные стержни элементов.
01173
465

OS нии
GD
Рис 7.38. Сжатые элементы:

а - колонны с несущей жесткой арматурой: I - жесткий профиль; 2 ■ арматурные стержни

3 - соединительные планки; б - колонны с несущей арматурой из сварных каркаоов, продам®®

элементы которых выполнены: 4 - из фасонного и круглого проката; J - из круглого проката

466

&& ■ -
IL. IUI.11 Jl
Ajy
6
Рис 7.39. Центрально-сжатые элементы, усиленные косвенным армированием:

а миралями; б-поперечнымисварными сетками; в-тоже, подцентрирующей прокладкой
0*4? 73
467

Спирали (кольца) изготовляют из арматурной стали классов A-I

А-II, А-Ш диаметром 6-14 мм или проволоки Вр-1, принимая их шаг не менее

40 мм и не более 1/5 диаметра сечения элемента, но не более 100 мм.
Для сварных сеток применяют ту же арматурную сталь, что и для

спиралей. Размеры ячеек сеток принимают не менее 45 мм и не более 1/4

меньшей стороны сечения элемента, но не более 100 мм; шаг сеток

s > 60 мм, но не более 1/3 ширины сечения и 150 мм.
При усилении концевых участков сжатых элементов (рис. 5.39,8)

устанавливают не менее 4 сварных сеток. Зона усиления по длине элемента

должна быть не менее 10d при продольной арматуре из стержней

периодического профиля и 20d при гладких стержнях [77].
7.1.2.а. Особенности поведения колонн в условиях

пожара
Поведение сжатых железобетонных колонн в условиях пожара

зависит от схемы обогрева, размеров поперечного сечения, величины

эксцентриситета приложения внешней нагрузки, коэффициента и вида

армирования, а также эффективной работы защитного слоя бетона.
В процессе пожара по сечению колонн наблюдается перепад

температур порядка 800-1000 °С с наименьшей температурой в центре

сечения. Поэтому фактическая прочность бетона по сечению колонн

изменяется от первоначальной величины при 20°С до нуля при критической

температуре и выше. Это и определяет поведение колонн в условия!

пожара.
Неравномерность прогрева вызывает перераспределение

напряжений по сечению колонны. Температурные напряжения возрастают

при увеличении температурного перепада между средней частью сечения

колонны и поверхностью ее обогрева (20-30 мин). В начальный период

обогрева наблюдается удлинение колонн. Устойчивость колонны в

начальной стадии пожара не снижается в связи с тем, что сечение колонны

сохранено и в средней части несколько разгружено.
Дальнейшее развитие пожара приводит к прогреву защитного слоя

бетона до 600-800 °С. Это приводит к уменьшению температурных

напряжений в сечении колонны. Наиболее прогретые части сечения бетона

и рабочая арматура у поверхности колонны разгружаются за счет развития

температурной ползучести, усадки, снижения прочности а

деформативности. Это вызывает увеличение напряжений в центре сечения

колонны, слабо нагретый бетон сохраняет прочность и упругость.
После 1-1,5 часа огневого воздействия колонны начинают

укорачиваться. Спустя 2-3 часа высота нагретых колонн примерно равна и

высоте в нагруженном состоянии до пожара. Нагруженные слои бетона и

рабочая арматура, нагретые до температуры выше 600 “С, теряют

Таблица 7.2
Основные характеристики и конструкция опытных образцов колонн
Шифр и

количество

образцов
Размер

образца, см
Вид бетона и

класс по

прочности
Продольная
арматура
Коэффициент
армирования,
%
Поперечная
арматура
к-з,
2 шт.
30x30x350
Высокопрочный,
В50
4018
А-Ш
1,13
06 А-1

через 250 мм
К-4,

2 шт.
30x30x350
Высокопрочный,
В60
4012
А-Ш
0,52
06 А-1

через 150 мм
К-5,

2 шт.
30x30x350
Высокопрочный,
В60
4018
A-1II
1,13
06 А-1 j

через 250 мм
К-б,

3 шт.
30x30x350
Высокопрочный,
В80
4012
А-Ш
0,52
06 А-1

через 150 мм
К-7,

4 шт.
30x30x350
Высокопрочный,
В80
4018
A-I11
1,13
06 А-1

через 250 мм
Таблица 7.3
Огнестойкость железобетонных колонн из высокопрочного бетона
Шифр обрща
Защитный слой бетона i

армауры,мм
Прочность

бетона, Мпа
Величина сжимающей

силы в долявт

разгушающей
и
2
S
S
Cl
л
Л
о.
>ч
Н
Л
Й
S
Н
Предел огнестойкости
| Ч'МИН
я
г
п
S
О.
С
О
С
По СНиП

2.03.01-84
к-з
29,7
36,8
27,5
0,42
557
1-25
28,3
36,8
27,5
0,36
780
1-59
К-4
30,5
43,4
30,6
0,42
715
1-45
31,0
44,9
31,5
0,36
740
2-10
К-5
30,8
45,8
32,1
0,38
535
1-30
30,2
45,0
31,4
0,34
610
1-36
К-6
29,2
62,0
41,3
0,39
700
1-50
29,1
62,5
41,6
0,34
840
2-30
27,6
61,4
41,0
0,35
635
1-45
К-7
29,4
61,4
41,1
0,31
780
2-30
29,0
64,8
43,0
0,35
720
2-05
28,5
64,8
43,0
0,33
640
2-32
29,1
64,8
43,0
0,32
650
2-40
470

растягиваются продольной силой и изгибаются моментом М, что

равносильно внецентренному растяжению усилием N с эксцентриситетом

e0=M/N относительно продольной оси элементов (рис. 7.40,6). Этв

элементы изготавливают, как правило, предварительно напряженными.
Для растянутых элементов с ненапрягаемой арматурой применяют

бетоны классов В15...В22.5. Предварительно напряженные конструкции

изготовляют из бетонов класса не ниже В22,5. В конструкциях,

находящихся под давлением жидкостей, следует применять для

ненапрягаемой арматуры горячекатанную сталь классов А-II и А-I, для

предварительно напряженной - высокопрочную проволоку, канаты и

горячекатанную сталь классов A-V, A-IV , Ат- V, Ат- VI. В поперечном

сечении элемента предварительно напрягаемую арматуру размещают

симметрично, чтобы избежать внецентренного обжатия элемента.
Растянутые элементы армируют проволокой и стержнями

диаметром 3-32 мм. Целесообразнее применять меньшие диаметры при

большем количестве стержней.
Общие принципы конструирования внецентренно - растянутых

элементов те же, что и внецентренно - сжатых. Минимальные проценты

армирования для центрально - растянутых - 0,1%, для внецентренно

растянутых - 0,05%. Минимальный процент армирования устанавливают из

условия предупреждения внезапного разрушения при раскрытии трещин.
Характерной особенностью поведения в условиях пожара

растянутых железобетонных элементов является то, что предельное

состояние, обусловливаемое работой на растяжение, наступает в момент,

когда прочность арматуры снижается до величины, равной напряжению от

нормативной нагрузки.
7.1.4.	Предварительно напряженные железобетонные ■

конструкции и их поведение в условиях пожара 1
I
В главе 7.1 дано определение предварительно напряженных

железобетонных конструкций. Для лучшего усвоения идеи предварительно

напряженных железобетонных конструкций рассмотрим процесс создания

предварительного напряжения на диаграмме с-е, показывающей

зависимость относительной деформации е от напряжения а при

растяжении предварительно напряженного железобетонного элемента

(рис. 7.41).
Схематично процесс создания предварительного напряжения

можно представить следующим образом. Для упрощения начальная дчина

атмггурного стержня принята I, =1 (состояние 1), так как в этом случае

отпсительные деформации численно равны абсолютным деформациям или

уд! нениям, то есть £ _д^ ц _д^ .
При предварительном растяжении арматуры (например, с помощью

0:рата) точка " а " переместится на величину £s и займет положение а'

гда закрепляется на упоре (состояние 2), при этом в арматуре возникает

наияжение asp=esEs, которое отложено на диаграмме с-г графика

(рй|. 7.41). Затем производится бетонирование элемента (состояние 3).
J После достижения бетоном заданной передаточной прочности R

йр!.тура снимается с упоров, что сопровождается ее укорочением (точка

а премещается в точку Л), напряжения в ней падают до некоторой
лчины (с sp ~ v<T ьр ). Благодаря сцеплению вместе с арматурой бетон

сачивается на величину %, что вызывает появление в нем сжимающих

ияженийсг4;, (состояние 4). Напряжение и деформации,

ветствующие точке А графика, характеризуют равновесное состояние

'Верительного напряжения железобетонного элемента, которое может
t. записано в виде (a sp - voЬр )Asp=aЬр АЬр
При действии нагрузки в виде растягивающего усилия N

эгояние 5) элемент будет удлиняться и, следовательно, напряжения

[1р(варительного обжатия в бетоне будут уменьшаться, а напряжения в

■■итуре - возрастать. При некотором значении внешней силы N

е^рмации е, достигнут величины £ьр и напряжения в бетоне станут

иными нулю, а напряжения в арматуре достигнут величины о-,,,. Таким

брзом, бетон начинает работать на растяжение только после погашения

тр(,верительного обжатия, но к этому времени к элементу будет

1рюжена почти вся эксплуатационная нагрузка.
Образование трещин в бетоне происходит при напряжениях в
рктуре, равных at =<5sp +(30-40), МПа.
I Иначе говоря, в предварительно напряженном элементе

, йственно отдаляется момент образования трещин, что позволяет

[риенять высокопрочную арматурную сталь. Ее применение приводит к

акению общего расхода арматуры на 30-70%.
Этот же вывод можно проиллюстрировать диаграммой «нагрузка

прогиб / » (рис. ТЛ.д).
В обычных железобетонных конструкциях в бетоне возникают

>а(ягивающие напряжения одновременно с растяжением арматуры.
i
473

Рис 7.41. Диа1рамма а -е для предварительно напряженного растянутого железобетонного
алемета
Известно, что предельная растяжимость бетона не превышает
0,15-0,2 мм/м. Так как бетон и сталь работают совместно, напряжение

арматуре перед образованием трещин в бетоне составляют не более
474

■:* $SES - (0,00015-0,0002)-2-10 =30 —40МПа. Эта величина

наложений в несколько раз меньше, чем напряжения при

эксплуатационных нагрузках. Поэтому в бетоне даже при
as i 150-170 МПа образуются трещины шириной 0,1-0,2 мм. Естественно,

применять высокопрочную сталь для армирования обычных

*\.е мобетонных элементов не имеет смысла. В самом деле, при

эксвуатационной нагрузке <?SfSer = 200 МПа
™ 0,001.
Е,
При расстоянии между трещинами ^„,.=250 мм величина
■	*«ыТИЯ трещины acrc = £,,strlcrc = 0,001 • 250 = 0,25 мм.
Если элемент армировать высокопрочной арматурой, то при
'=1000 МПа: е,1а. = 1000/2 1 05 = 0,005 ; а„ = 0,005■ 250 = 1,25 мм, что

цельно больше допустимого.
Таким образом, основной целью предварительного напряжения

1гся создание условий для применения высокопрочных материалов:

jypu и бетона с целью экономии материалов, при одновременном

j |лении жесткости и снижении веса конструкций за счет уменьшения

еля элементов, повышения их долговечности, стойкости по отношению

ко]юзии и так далее. В предварительно напряженных железобетонных

шсзукциях существенно отдаляется момент образования трещин, то есть

•иается трещиностойкость.
' Предварительно напряженные конструкции могут изготавливаться

вуп способами: натяжением арматуры на упоры до бетонирования или

ат пением ее на бетон (забетонированную конструкцию).
Суть способа создания предварительного напряжения натяжением

рммуры на упоры заключается в том, что до бетонирования элемента

рмнуру заводят в форму, один конец закрепляют в упоре, другой

ат'мвают домкратом или другим приспособлением до заданного

онголнруемого напряжения. Затем производится бетонирование. После

юретения бетоном необходимой передаточной прочности Rtpарматуру

га /|;ают с упоров. Передача предварительного напряжения арматурой на

ат'О при этом способе осуществляется за счет сцепления арматуры с

^тюом.
Суть второго способа, то есть создания предварительного

зшржения натяжением на бетон, заключается в том, что сначала

ЗГ1Я)ВЛЯЮТ бетонный или слабоармированный элемент, в котором

меегся каналы или пазы, оставляемые при бетонировании элемента.

ап|:гаемую арматуру заводят в каналы или пазы, диаметр которых

аеяшает диаметр арматуры на 5-15 мм. Арматура натягивается с
475

одновременным обжатием бетона и закрепляется на бетоне с помощью

приспособлений (анкеров). Затем каналы или пазы заполняются

(инъецируются) через тройники-отводы, заложенные при изготовлении

элемента, цементным раствором или тестом под давлением, благодаря чему

достигается сцепление арматуры с бетоном и защита арматуры от

коррозии.
В изгибаемых элементах (плитах) в качестве напрягаемой арматуры

(продольной) применяют стержни классов A-IV, A-V, Ат-IVc, At-V,

высокопрочную проволоку и канаты[51].
Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине

нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых плит

Напрягаемая арматура в каркасы не включается.
Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов армируют

продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками. Схемы

армирования плит представлены на рис. 7.7.
Для предварительно напряженных балок наиболее

распространенными сечениями являются двутавровые и тавровые

развитыми растянутой и сжатой полками. Сжатая полка развивается из

условия прочности элементов под нагрузкой, обеспечения устойчивости

верхнего пояса и опирания настила. Растянутая полка - из условии

размещения арматуры и обеспечения прочности сечения при обжатии.
Предварительно напряженная арматура, не входящая в состав

каркасов, размещается в соответствии с эпюрами моментов и поперечных

сил, В однопролетных балках небольшой высоты предварительно -

напряженную арматуру обычно располагают в растянутой зоне М

прямолинейно по всей длине элемента (рис. 7.27).
Предварительное напряжение применяют для внецентренно сжатых

элементов с большими эксцентриситетами сжимающей силы, когда

изгибающие моменты значительны и вызывают растяжение части сечения,

а также для элементов очень большой гибкости. В первом случае

предварительное напряжение повышает трещиностойкость и жесткость

элемента и полезно в период эксплуатации. Во втором — в период

изготовления, транспортировки и монтажа.
Напряжения в бетоне и в арматуре предварительно напряженных

элементов как во время пожара, так и после него зависят не только от

внешней нагрузки, физико-механических свойств применяемых

материалов, но и от величины предварительного натяжения арматуры и

обжатия бетона. Результаты экспериментально-теоретических

исследований НИИЖБ позволяют сделать определенные выводы о

поведении предварительно напряженных железобетонных конструкций в

условиях пожара.
Особенности поведения предварительно напряженных

железобетонных конструкций в условиях пожара объясняются рядок к»,

присущим только им качеств. С точки зрения огнестойкости некоторые из

них являются неблагоприятными.
*
N
476

Потери предварительного напряжения в арматуре от разности

температурных деформаций бетона и арматуры учитываются только при

нагреве, так как при остывании эти деформации обратимы.
Предварительное напряжение в продольной стержневой

горячекатанной арматуре класса A-IV через 30 мин огневого воздействия

исчерпывается полностью. Балки, армированные высокопрочной

проволокой периодического профиля класса Вр-П, сохраняют

предварительное напряжение дольше, которое исчерпывается через 45 мин

нагрева. Это объясняется большей величиной предварительного

напряжения в проволочной арматуре по сравнению с горячекатанной

стержневой.
Потери предварительного напряжения при нагреве выше 200°С

происходят в основном за счет релаксации напряжений в арматуре и

разности температурного расширения арматуры и бетона, величина

которых составляет в среднем соответственно 35 и 50% общей потери для

стержневой арматуры и 50-38% для высокопрочной проволоки.
Испытания, проведенные на образцах с напрягаемой я

ненапрягаемой арматурой, позволили сделать вывод, что предварительное

напряжение арматуры не влияет на предел огнестойкости изгибаемьи

элементов при разрушении по растянутой арматуре.
При разрушении изгибаемого элемента в растянутой зоне из-за

снижения прочности стали с повышением температуры, критическая

температура нагрева напряженной арматуры будет одновременно являться

критической и для ненапряженной арматуры. Однако напряженная и

ненапряженная арматура из стали одной марки с равной площадью

поперечного сечения при нагреве до одинаковой температуры будут иметь

разные деформации.
К началу текучести обе арматуры будут иметь разные деформации.

Но предел огнестойкости, как показывают результаты испытаний, не

зависит от абсолютной величины полных деформаций арматуры, а зависит

от снижения прочности стали и от интенсивности развития полных

деформаций при нагреве (рис. 7.42) [77].
При разрушении изгибаемого элемента по растянутой арматуре

предварительное напряжение арматуры не влияет на предел огнестойкости,

но отдаляет момент раскрытия трещин.
7.1.5.	Поведение в условиях пожара несущих

и самонесущих стен
Вопросы огнестойкости несущих и самонесущих железобетонных

стен приобрели актуальность в связи с большим объемом строительства

облегченных крупнопанельных зданий с применением ячеистых бетонов и

легких бетонов на пористых заполнитялях. Толщина стен в

крупнопанельных зданиях высотой от 5 до 16 этажей, как правило, не
478

Прогиб,
150
PaiF.42, а. Прогибы / при трехстороннем обогреве в балках из тяжелого бетона, R, = 21

МПа, аматура класса Ат - V:
1 - предраретельно напряженной; 2 - обычной
479

0,4
0,2
0
0,2
£
0,4
<Х
0,6
Ж
й?
0,8
1,0
1,2
3
2
О.
1.4
■в-
<и
Ч
1,6
1,8
2,0
7 7
£ь
1
л
\ '
шз
\
%
>
Кш2
Л
%
'^2
К
У
О 10 20 30 40 50
60 70 80мин

Время
Рис 7.42, б. Деформации растянутой арматуры е s и крайнего сжатого волокна бетона £b npf

трехстороннем обогреве в балках с арматурой класса Ат-V, = 21 МПа, бетон тяжелый

1 - предварительно напряженной; 2- обычной
превышает 18 см. В то же время в связи с увеличением высоты зданий

эксплуатационная нагрузка на стены возросла, она составляет в 9-ти

этажных зданиях 450-750 кН на 1 м длины, в 16-ти этажных зданиях - от

700 до 1200 кН/м, а в 25-ти этажных зданиях достигла 1500 кН/м при

напряжениях в сечении до 10 МПа. Несмотря на то, что несущие стены

выполняются из железобетона, их огнестойкость нельзя считать заведомо

обеспеченной в условиях пожара, так как уменьшение толщины сечения

элемента и увеличение нагрузки существенно снижают сопротивляемость Hi

стен огню [32].
Несущая способность подобных конструкций в условиях пожара

определяется не столько прочностными характеристиками бетона и стали,

сколько деформацией элемента. Конструкция из центрально-сжатой

480

шрвращается во внецентренно-сжатую с увеличивающимся во времени
э	щентриситетом. Значение и направление прогиба зависят от гибкости
з	иента, способа опирания его концов, нагрузки, перепада температуры

пюечению стены и упруго-пластических свойств материалов.
Подтверждением влияния этих факторов на огнестойкость несущих

(езобетонных стен являются результаты огневых испытаний стен

тчщиной 120-180 мм при проценте армирования всего сечения 0,06-0,8% и

н арузке 130-1670 кН/м. Результаты опытов позволили сделать вывод, что

е родностороннем огневом воздействии разрушение стен происходит по

ол)й из трех основных схем.
1.	С необратимым развитием прогиба в сторону обогреваемой

п озрхности стены и ее разрушением в середине высоты по нагретой

зрмуре или "холодному" бетону. Эта схема характерна для гибких стен,
иорых гибкость Х = (0/И> 16, где (0 -расчетное значение высоты

<ы; й-толщина стены.
2.	С прогибом элемента вначале в сторону обогрева, а на конечной

гии - в противоположную с разрушением в середине высоты сечения

агретому бетону или "холодной" растянутой арматуре.
3.	С переменой направления прогиба, как во второй схеме, но

тушение стены происходит в приопорных зонах по бетону "холодной"

:рхности или наклонным сечениям.
Вторая и третья схемы характерны для стен с гибкостью Я< 16 и

шщ'форменным опиранием. На рис. 7.43 представлены пределы

ошстойкости железобетонных стен в зависимости от нагрузки, процента

аоирования и схемы опирания.
При платформенном опирании панелей ограничивается свобода

тоьротных сечений, что уменьшает их деформацию при температурном

вскействии. Поэтому панели с жестким платформенным опиранием имеют

5>к,ел огнестойкости больше, чем панели с шарнирным опиранием

тармерно в два раза) независимо от схемы разрушения элемента.
Уменьшение процента армирования стен снижает предел

эпстойкости стен с шарнирным опиранием (на 25-30%) и практически не

з.шет на огнестойкость стен с платформенным опиранием.
При двухстороннем нагревании стен (межкомнатные стены)

.С1:трукция работает на «центральное» сжатие и поэтому предел ее

)шстойкости не ниже, чем в случае одностороннего обогрева.
Огнестойкость самонесущих и несущих панелей нормируется в

1о1всимости от конструктивного исполнения, толщины или наименьшего

msepa сечения и степени нагруженности. Защита узлов крепления

1Ш1лей должна обеспечивать их прочность в течение времени, равного

тиуемому пределу огнестойкости конструкции.
481

Платформенное опирание через слой цементного раствора
час,мин
Рис. 7.43. Пределы огнестойкости сплошных несущих стен толщиной h - 140 ммв

зависимости от действующей нагрузки N, процента армирования /i (бетон на гранитном

щебне, класс бетона В40) и схемы опирания
7.1.6.	Огнестойкость каменных конструкций
В современном строительстве из каменной кладки выполняют

наружные и внутренние стены, несущие элементы, фундаменты и другие

инженерные сооружения. Каменная кладка является неоднородным телом,

состоящим из камней, швы между которыми заполнены раствором. В
482

I
с жительстве находят применение как естественные, так и искусственные

каинные материалы.
t Для каменных конструкций применяют кирпич полнотелый и

пуютелый, камни керамические, бетонные и природные, крупные блоки,

пз»ли и сырцовые материалы.
I Основное назначение растворов заключается в том, чтобы связать

тцльные камни для образования монолита. Раствор помогает выровнять

ддаение, передающееся от одного камня к другому. Он уменьшает

пр(,уваемость и влагопроницаемость стен.
Особенностью работы каменных конструкций является

цеонородность каменной кладки, что объясняется неоднородностью камня

и р:твора. Различные коэффициенты поперечных деформаций камня и

свора приводят к возникновению в соприкасающихся поверхностях

легальных или растягивающих усилий, которые приводят к разрушению

|п?свора. Деформации усадки, происходящие в растворе, приводят к

ршению сцепления с камнем. Неровности камня, неправильная форма

А1скривления могут вызывать изгиб.
При пожаре разрушения начинаются, как правило, с линии

икальных швов. По мере увеличения нагрузки возникают трещины

шой протяженности. Кладка расслаивается на отдельные столбики,

трые разрушаются при возникновении эксцентриситета приложения

^зки, при продольном изгибе, что ведет к раздроблению камня.
Расчетная длина каменных стен и столбов (0 должна приниматься

■висимости от условия опирания стен на горизонтальные и

■е р«альные опоры (перекрытия и примыкающие стены). При опирании

те1 и столбов на горизонтальные опоры расчетные длины

. стравливаются:
при шарнирном опирании на неподвижные в горизонтальном

ia аавлении опоры 10 = Н (рис. 7.44,а);
для свободно стоящих конструкций, при отсутствии их связи с

1еркрытиями или другими горизонтальными опорами	= 2Н
рш!7.44,б);
для конструкций с частично защемленными опорными сечениями (с

"ч ом фактической степени защемления) не менее (0 = 0,8 Н, где — Н

>а'С|'ояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами.
требование применяется при заделке опорных участков

^елзобетонных перекрытий в кладке.
В зданиях с жесткой конструктивной схемой при опирании на стену

б'Мшх железобетонных перекрытий принимается (0 = 0,9 И, а при

л иэнии на стены монолитных железобетонных перекрытий i0 = 0,8 Н.
j В зданиях с упругой конструктивной схемой, где стены опираются

а пругие верхние и неподвижные нижние опоры, принимается
:э
483

j -
гм
	71
j) о
а:
'Ы
*0=1,5Н
1
—
*о=1.25 Н
rs
—
X
=
Рис. 7.44. Расчетные длины

элементов каменных

конструкций при:

а - шарнирном ограничении;

б - отсутствии связи с

перекрытиями и

горизонтальными опорами;

в - упругой конструктивной

схеме и неподвижных ннжша

опорах
п
(0 = 1,25 Ндля многопролетных зданий и (0 = 1,5 Н для однопролетных

зданий (рис. 7.44,в).
Армирование каменных конструкций значительно повышает их

несущую способность, монолитность и обеспечивает совместную работу

отдельных частей зданий.
Применяется два вида армирования: косвенное (сетчатое,

поперечное); продольное.
Поперечное армирование выполняется из стальных сеток,

укладываемых в горизонтальные швы кладки. Такое армирование

предназначено для повышения несущей способности кладок, работающих

на сжатие.
Продольное армирование выполняется из стержней арматуры с

хомутами. Продольное армирование может быть внешним или внутренним

( в швах кладки). Оно предназначено для усиления кладки, работающей на

растяжение, изгиб или внецентренное сжатие с большими

эксцентриситетами.
Для армирования каменных конструкций применяются

горячекатанная сталь А -1, холоднотянутая сталь класса В -1.
Допускается армирование из других видов сталей, применяемых^

железобетонных конструкций.
Сетчатое поперечное армирование применяется для усиления

кладки из кирпича всех видов, а также из керамических камней со

щелевидными вертикальными пустотами при высоте ряда не более 150 мм.
Сетки препятствуют поперечным деформациям, т.е. элементы

становятся как бы всесторонне сжатыми. Сетчатое армирование
484

вшэлняется посредством укладки стальных сеток в горизонтальные швы

-к-цки. Применяют квадратные или прямоугольные сетки, сетки типа

эиаг» (рис. 7.45).
Сетчатое армирование эффективно только при гибкостях
яентов l0/h< 15 , а так же эксцентриситетах, находящихся в пределах

1Д| сечения.
Не допускается применение сетчатого армирования в стенах

иовщений с мокрым влажностным режимом эксплуатации. Количество

Паатой арматуры, учитываемой в расчете столбов и простенков, должно

сскавлять не менее 0,1% и не более 1% объема кладки. Диаметр сетчатой

атштуры должен быть не менее 3 мм. Диаметр арматуры в горизонтальных

ш кладки должен быть не более:
в случаях пересечения арматуры в швах - 5 мм;
без пересечения арматуры в швах - 8 мм.
Расстояние между стержнями сетки (С) должны быть не более 12 и

:гнее 3 см.
Для кладки внутренних стен в помещениях с сухим и нормальным

а;ностным режимом (относительная влажность воздуха не должна быть
-Ф-
1 Рис 7.45. Сетчатое армирование:
1 а-квадратнаясетка; б-сеггкатипа «зигзаг»
485

более 60%) допускается для сетчатого армирования применять арматуру

диаметром менее 3 мм, а также сетки из такой проволоки.
Швы кладки каменных конструкций должны иметь толщину,

превышающую диаметр арматуры не менее чем на 4 мм. Сетки как

прямоугольные, так и типа "зигзаг" должны укладываться не реже чем

через пять рядов кирпичной кладки (s < 400 мм).
Сетки "зигзаг" укладываются в двух смежных рядах кладки таи,

чтобы направление прутьев в них было взаимно перпендикулярно. Две

уложенные таким образом сетки равноценны одной прямоугольной сети

из арматуры того же сечения.
Продольное армирование каменных конструкций может

применяться в отдельных конструктивных элементах (стенах, столбах,

перемычках и т.п.) для восприятия растягивающих усилий во внецентренно

сжатых (при больших эксцентриситетах) и изгибаемых элементах, а также

для повышения прочности и устойчивости тонких стен при l0/h>l 5 .
Продольное армирование каменных конструкций повышает

сопротивляемость кладки растягивающим усилиям и обеспечивает

монолитность и устойчивость отдельных частей всего сооружения в целом.

При продольном армировании каменных конструкций арматура

укладывается внутри элемента, в вертикальных швах кладки и в

специальных вырезах в камне (рис. 7.46,а) или снаружи под слоем

цементного раствора (рис. 7.46,6), или в штрабе кладки с заполнением

штрабы раствором.
Количество арматуры, учитываемой в расчете, должно составлять

не менее 0,1% - для сжатой продольной арматуры и 0,05% - для растянутой

арматуры.
При продольном армировании (например, в армокаменных поясах]

Допускается применение стержней арматуры до 12 мм с утолщением шва

кладки до 25 мм.
Огнестойкость каменных конструкций зависит от их

конструктивного исполнения, сечения, теплофизических свойств

каменных материалов и способов обогрева.
Каменные конструкции работают в основном на сжатие и бывают

несущими и самонесущими. Обладая хорошими теплофизическими
1 J
1 1
: |
486
Рис. 7.46. Продольное армирование каменных конструкций
1

сйствами и массивностью, каменные конструкции хорошо

совотивляются воздействию огня в условиях пожара.
Конструкции, выполненные из глиняного кирпича, обладают

в ыоким пределом огнестойкости и являются надежной преградой

р аиространению пожара. В отличие от обыкновенного глиняного кирпича

|»ективные |пористый, дырчатый, щелевой, пустотелый) кирпичи

отдают меньшей плотностью и более низким коэффициентом

ткиопроводности. Кирпичные конструкции в условиях пожара

удцлетворительно выдерживают температуру 700-900°С, не разрушаясь и

п этически не снижая своей прочности. Наблюдаются только

пюррхностные повреждения кладки в виде волосных трещин и отслаивания

тог.их слоев.
Широко применяемые в строительстве конструкции из силикатного

кэпича обладают такими же пределами огнестойкости, как и из

".ияного кирпича, так как их теплофизические характеристики

даковы. В условиях пожара силикатный кирпич уступает глиняному по

Мнению прочности. Нагревание силикатного кирпича до 300°С с

бедующим охлаждением приводит к возрастанию его прочности,

f нейшее нагревание влечет за собой снижение прочности. Так, нагретый

00 “С, а затем охлажденный, силикатный кирпич снижает свою

сность на 50-60% с образованием на его поверхности трещин.
В строительстве из естественных материалов широко применяются

1стняки пористые (ракушечник, туф) и плотные (бутовые камни).
При огневых испытаниях плотного известняка установлено, что с

оишением температуры до 600°С его прочность повышается до 134% от

нэиьной, а затем снижается, и при 750°С составляет 104%. При

^шературе 900°С начинается его интенсивное разложение на окись

ащия и двуокись углерода. Предел огнестойкости стен из естественных

кглей принимается таким же, как для стен из легкобетонных, гипсовых

кщей и облегченных кирпичных кладок.
О	высокой огнестойкости конструкций из каменных материалов

чсно судить по их фактическим пределам огнестойкости. Так, по второму

артельному состоянию по огнестойкости стены и перегородки из

ашшых и пустотелых керамических и силикатных кирпичей и камней

imdt предел огнестойкости: при толщине стены 120 мм --2,5 ч, а при

гзщине стены не несущих конструкций 250 мм - не менее 5,5 часов;

гаы из естественных, легкобетонных и гипсовых камней, облегченных

сиричных кладок с заполнением легким бетоном, несгораемыми или

■р|>яосгораемыми материалами при толщине стены 120 мм - 1,5 часа, при

■онине не мнее 250 мм - не менее 4,0 часа.
Пределы огнестойкости по первому предельному состоянию по

нестойкости для фахверковых стен и перегородок (конструкции,

с:иенные стальным каркасом) из кирпича, бетонных и естественных

.эдей со стальным каркасом, облицованным кирпичом при толщине

•йацовки 65 мм - 2,5 часа, при толщине не менее 120 мм - предел
487

огнестойкости не несущих конструкций не менее 6 часов (второе

предельное состояние).
7.1.7.	Конструктивные способы повышения

огнестойкости железобетонных конструкций
Повышение предела огнестойкости железобетонных конструкций

может быть достигнуто различными способами, в том числе и

конструктивными. К числу таких способов можно отнести:

увеличение толщины защитного слоя бетона;

применение теплоизолирующих покрытий и специальных бетонов;

применение арматурной стали с более высокой критической

температурой;
обоснованное увеличение в процессе проектирования сечений

элементов конструкций;

изменение статической схемы элемента;

изменение условий обогрева и т.д.
Как известно, защитный слой бетона для рабочей арматуры должен

обеспечивать совместную работу арматуры с бетоном на всех стадиях

работы конструкции, а также защиту арматуры от внешних атмосферных,

температурных и тому подобных воздействий. Толщина защитного слоя

бетона нормируется и назначается в зависимости от вида конструкций

(плиты, стены, балки, ребра и т.д.).
Толщина защитного слоя бетона оказывает существенное влияние

на предел огнестойкости плит.
Во время пожара железобетонные плиты зданий подвергаются

воздействию высоких температур снизу. В сплошных железобетонных

плитах в зависимости от толщины защитного слоя бетона и его

температуропроводности рабочая арматура нагревается со скоростью 400-

600°С/ч. Максимальные температуры нагрева наблюдаются на поверхности

конструкции на глубине 1-2 см. Увеличение толщины защитного слоя

бетона уменьшает скорость нагрева арматуры, тем самым повышая

огнестойкость железобетонных плит. Более эффективным оказывается

применение специальных штукатурок (с использованием асбеста, перлита,

вермикулита и т.п.). Даже при малых величинах таких штукатурок (1,5-2 см)

огнестойкость железобетонных плит увеличивается в несколько раз (2-5).
От величины защитного слоя бетона и его теплотехнических

свойств зависит работа железобетонных прогонов, ригелей и балок в

условиях пожара. Это объясняется тем, что балочные конструкции

обогреваются при пожаре, как правило, с трех сторон, то есть может иметь

место двухмерный поток тепла, что приводит к более интенсивному, чем

1рздномерном потоке тепла, нагреву. Скорость нагрева арматуры балок

»1:ит от толщины защитного слоя бетона и его теплофизических
:во]Тв.
Поведение сжатых элементов в условиях пожара также зависит от

>фАктивной работы защитного слоя бетона.
На практике надежность защитного слоя бетона оказывает

, щственное влияние на работу железобетонных колонн в условиях

10331.
Чтобы обеспечить требуемую огнестойкость колонн, необходимо

VoSrbCH совместной работы ядра сечения колонны и защитного слоя

зека при нагреве. Наиболее надежный способ создания таких условий -

гстаовка проволочной сетки между рабочей арматурой и поверхностью

со>и:н (в защитном слое бетона) или установка косвенного армирования в

гацсеток по сечению колонны.
В начальный период пожара на поверхности сечений колонны

!кают значительные сжимающие напряжения, а это создает опасность

«,ания защитного слоя бетона, что приведет к значительному

ению огнестойкости колонны. Наиболее частое отпадание бетона

эдается в сжатых элементах, изготовленных из тяжелого бетона на

>те и кварцевых заполнителях. Намного реже это явление наблюдается

:юнн, изготовленных из бетонов с использованием в качестве

(нителей известняка, керамзита, доменного шлака. Существенного

щения огнестойкости железобетонных колонн с гибкой арматурой

ло достичь, применяя косвенное армирование. Применение косвенного

рмоования увеличивает предел огнестойкости железобетонных колонн с

иовй арматурой в 1,5-2 раза, за исключением гибких колонн и при

ших эксцентриситетах приложения нагрузки.
Существенного увеличения огнестойкости колонн можно добиться

'гм увеличения процента армирования, а также перемещением части

ргауры от периферии к центру.
Так, при испытании на огнестойкость железобетонных монолитных

оп»н сечением 0,3 х 0,3 м, высотой 3,5 м, армированных сталью класса

■Ш135ГС) 4020 ( И % = 1,39 % иМ = 0,42 Np), Пфсоставил 1 час 47 мин.

[р<гвеличении процента армирования до 7,15% сталью класса А-Ш (35ГС)

£31! , при Nn = 0,35 Np, фактический предел огнестойкости составил
ч	з!| 26 мин.
Затем у колонн, армированных 8 стержнями, 50% арматуры

ааиложили в центре колонны (4 стержня). Предел огнестойкости этих

/л«н составил 3 часа 35 мин.
Таким образом, увеличение % армирования в первом случае на 5,76%

вегчило Пф в 1,3-1,4 раза. Перемещение 50% арматуры от периферии к

ещу увеличивает Пф в 1,5 раза.
489

Характер разрушения железобетонных элементов зависит от

степени снижения прочностных и деформативных свойств бетона и

арматуры с ростом температуры в условиях пожара. На предел щ

огнестойкости существенное влияние оказывает начальная прочность

бетона и его влажность, размеры и конфигурация поперечного сечения

внешняя нагрузка и характер ее приложения и др.
Повышение прочности и модуля упругости бетона приводит к

увеличению пределов огнестойкости. Так. увеличение возраста бетона с 75

до 400 суток повышает огнестойкость балок в 1,25 раза.
При воздействии высоких температур в условиях пожара более

влажный бетон прогревается медленнее за счет испарения воды.

Повышение огнестойкости массивных сечений железобетоннщ

конструкций, обладающих более высоким влагосодержанием, происходит

вследствие увеличения их теплоемкости. При огневом воздействии более

толстые плиты деформируются меньше, чем тонкие. С уменьшением

относительной высоты сжатой зоны деформации растянутой арматуры к

моменту разрушения сжатого бетона увеличиваются. Подобный эффект

получается и при уменьшении процента армирования.
Тонкостенные элементы железобетонных плит в условиях пожара

разрушаются по бетону сжатой зоны. Это объясняется неравномерный

прогревом по сечению. На приопорных участках тонкостенных плит в

начальной стадии огневого воздействия образуются наклонные трещины,

вызванные действием главных растягивающих напряжений, обусловленных

воздействием внешней нагрузки и температуры. Характерным дли

разрушения железобетонных плит по наклонным сечениям является

небольшое раскрытие наклонных трещин и незначительный прогиб

элемента. Анкеровка элементов не нарушается.
В ребристых плитах с ребрами вверху хрупкому разрушению по

бетону способствует неразвитая сжатая зона бетона, низкая прочность

бетона и отсутствие сжатой арматуры.
Для повышения огнестойкости тонкостенных плит, разрушающихся

по сжатому бетону, необходимо увеличить ширину сжатой зоны (ребер

плиты), армировать бетон сжатой арматурой, устанавливать вертикальные

стальные каркасы на приопорных участках с шагом хомутов не более 100

мм. Возможно применение бетонов более высоких классов и

преднапряжение арматуры.
Значительное повышение пределов огнестойкости (в 2-2,5 раза)

составных плит достигается за счет подвесного потолка, выполняющего

роль защитного экрана.
Огнестойкость железобетонных балок, ригелей, прогонов при

пожаре наряду с другими факторами зависит от размеров сечения. Это

объясняется тем, что скорость нагрева арматуры зависит от размеров

поперечного сечения. Естественно, что тонкие сечения балок прогреваются

относительно быстро. Наиболее характерно это для тонких высоких стенок

дв-явровых балок и предварительно напряженных балок, имеющих

радары меньше обычных элементов равной несущей способности. Более

>№:«вные балки прогреваются медленнее.
-	Огнестойкость сжатых элементов значительно повышается с

увмчением их поперечного сечения.
J На огнестойкость железобетонных конструкций существенное

влоние оказывают способы опирания и сочленения элементов

ксягрукций.
’ Огнестойкость статически определимых плит, работающих в одном

ва явлении, повышается, если имеет место упругоподатливая заделка

ко из в плиты. Значительно увеличивается огнестойкость плоских плит,

гсчэни опираются по контуру. Увеличение огнестойкости таких плит при

,атшшении сторон: 1:2 составляет в 1,3 раза; 1:1,5 - в 1,4 раза; 1:1 - в 2,5 раза,

ощмление концов плит по двум противоположным сторонам существенно

и'ичивает их огнестойкость. Так, плиты толщиной 8, 10 и 12 см,

^ленные по двум противоположным сторонам, имеют предел

стойкости соответственно в 1,6; 2,5 и 4 раза выше, чем такие же

(■дно опертые плиты. Неразрезные изгибаемые элементы имеют более

:кие пределы огнестойкости, чем однопролетные. Однако при этом

1содимо учитывать особенности поведения конструкций в условиях

(ра. Так, железобетонные балки имеют минимальные пределы

[|:тойкости при свободном шарнирном опирании и при абсолютно

: гсой заделке их концов.
Огнестойкость статически определимых балок в основном

ц^еляется размерами сечения и скоростью нагрева рабочей арматуры.
В неразрезных балках во время пожара происходит

ie распределение усилий вследствие изменения их напряженного

даяния. Например, в двухпролетной неразрезной балке с жесткой

й'Оэй по середине и шарнирным опиранием на концах при пожаре

[ржходит перераспределение моментов. В результате неравномерного

Ф мева по сечению балки возникает температурная кривизна,

:рш)дящая к выгибу свободно опертых концов и разгрузке крайних опор,

реняя опора при этом дополнительно нагружается. Это приводит к

■вдагчению отрицательного момента на средней опоре и к уменьшению
о-мсительного момента в пролетах. Но рабочая арматура над средней

зрй прогревается медленнее, так как расстояние от обогреваемой грани

еч(.ия до центра тяжести арматуры значительно больше, чем в пролетах.
Пределы огнестойкости защемленных балок в 2-2,5 раза выше, чем

свэодно опертых, поскольку такая балка полностью разрушится лишь в

.смнт образования третьего пластического шарнира в сечении, где

.®(вует максимальный изгибающий момент.
Способ закрепления концов сжатых элементов оказывает

ушртвенное влияние на их огнестойкость. У колонн с жесткой заделкой
о	нов в условиях пожара возникают дополнительные температурные
491

напряжения, у колонн с шарнирным опиранием концов возникай

температурный прогиб. На их огнестойкость существенное влияние

оказывает эксцентриситет приложения нагрузки. К конструктивным

решениям, направленным на повышение несущей способности

железобетонных конструкций, также можно отнести следующие:
изменение схемы обогрева конструкций при возможном пожаре;

применение защитных устройств, включающих теплозащитные

покрытия;
применение специальных бетонов, например жаростойких;

уменьшение нагрузки на конструкцию.
Например, снижение рабочих напряжений в растянутой арматуре на

1% увеличивает время сопротивления железобетонного элемента (плиты|

огню на 1,33%.
Большое значение имеет защита узлов и сочленения

железобетонных конструкций в условиях пожара от прямого воздействия

огня.
Металлические сочленения в виде закладных деталей, анкеров и

других элементов соединений защищаются слоем бетона или другим

материалом. При этом толщина защитного слоя подбирается с таким

расчетом, чтобы предел огнестойкости защищаемой детали или узла был не

менее предела огнестойкости основной несущей конструкции. Стыки, а

также швы в ограждающих конструкциях герметизируются.
Монтажные соединения панелей всех типов выполняют сваркой

стальных закладных деталей и заполнением бетоном швов между плитами.

В продольных боковых гранях плит предусматривают впадины,

предназначенные для образования (после замоноличивания швов|

прерывистых шпонок, обеспечивающих совместную работу плит на сдвиг

в вертикальном и горизонтальном направлениях. При таком соединении

сборных элементов перекрытия представляют собой жесткие

горизонтальные диафрагмы.
Необходимо обратить внимание на негативное явление, имеющее

место при пожаре в зданиях или сооружениях, в которых применяются

бетонные и железобетонные конструкции, т.е. на возможное хрупкое

(взрывообразное) разрушение бетона. Это разрушение бетона происходит

внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.
Хрупкое (взрывообразное) разрушение бетона, как правило,

начинается через 5-20 минут после огневого воздействия на конструкцию и

проявляется как откол от нагреваемой конструкции кусков бетона в виде

лещадок площадью от 1 см! до 0,5-1 м! и толщиной от 1мм до 5см. Такое

разрушение бетона сопровождается звуковым эффектом в виде легкого

хлопка, треска различной интенсивности или «взрыва». При хрупком

разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких

килограммов на расстояние до 10-20м.
492

Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро

|Лр а;сти к утрате строительными конструкциями несущей способности от

ра зробления бетона (сжатые элементы] или от быстрого нагревания

обжившейся рабочей арматуры (изгибаемые элементы). В этом случае

пи^л огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже

чуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения

и-иигрукции, уменьшения толщины или полной ликвидации защитного слоя

ровней арматуры, а также образования сквозного отверстия.
Хрупкое (взрывообразное) разрушение бетона при пожаре

не.и1)лее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с

нейшцим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их

пр адевременное разрушение может вызвать обрушение других

кси'рукций или здания (сооружения) в целом. Особое внимание следует

пить на возможность хрупкого разрушения бетона несущих колонн и

ви.ей нижних этажей, а также подвалов многоэтажных зданий.
Хрупкое разрушение бетона при пожаре зависит от структуры

на, его состава, влажности, температуры, условий обогрева

^грукции и внешней нагрузки, т.е. оно зависит как от материала

гна), так и от вида бетонной или железобетонной конструкции.
Хрупкое (взрывообразное) разрушение от огня бывает у бетонов,

1'щих повышенную влажность. Это качество обычно свойственно

;зобетонным элементам, изготовленным из пластических смесей с

пшенным водоцементным отношением (0,6-0,7) и расходом цемента

А 400-450 кг/м3 [44].
При влажности бетона выше 5% он разрушался почти во всех

лях, при влажности 3,5-5% разрушение не было характерным или оно
■	алместным (поверхностным), и лишь при влажности менее 3% взрывы не

^бодались.
| На разрушение бетона заметное влияние оказывает вид

апнителя. Разрушаются тяжелые бетоны с крупным заполнителем из

. зитного или известнякового щебня, песчаные бетоны, армоцементы,

ид!.альцит и легкие бетоны (плотность 1300-1800 кг/м3) на керамзите.
Взрывообразному разрушению бетона при нагревании

псибствует быстрое повышение температуры.
Бетоны с плотностью ниже 1250 кг/м3 не взрываются при любой

гздюсти.
| Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть

в-гдеа к минимуму при выполнении специальных мероприятий, которые

отделяются на 3 группы:
I-ликвидирующие	хрупкое разрушение при пожаре;
II-снижающие	вероятность хрупкого разрушения;
Ш-профилактические.
Содержание этих мероприятий, оценка возможности хрупкого

азршения бетона в конструкциях при пожаре приведены в
493

«Рекомендациях по защите бетонных и железобетонных конструкций от

хрупкого разрушения при пожаре», НИИЖБ, М., 1979.
Приведенные конструктивные способы повышения огнестойкости

направлены на то, чтобы были выполнены важные условия

пожаростойкости железобетонных конструкций, а именно:
сохранить, не разрушаясь, достаточную несущую способность в

условиях пожара;
быть пригодными к повторной нормальной эксплуатации в здания!

и сооружениях после ремонта.
Строительная практика показывает, что во многих случаях

экономически целесообразно и технически возможно восстанавливать и

эксплуатировать железобетонные конструкции отдельных участков зданий

и сооружений, подвергшихся воздействию пожара. Это дает большой

экономический эффект. Демонтаж поврежденных огнем конструкций

должен производиться только после оценки их остаточных эксплуатацион¬

ных характеристик и возможности восстановления.
7.2.	Особенности расчета пределов огнестойкости

железобетонных конструкций
7.2.1.	Теплотехническая часть расчета
к
i
Огнестойкость железобетонных конструкций утрачивается, ш

правило, в результате потери несущей способности (обрушение) за счет $

снижения прочности, теплового расширения и температурной ползучести

арматуры и бетона при нагревании, а также вследствие потери ^

теплоизолирующей способности.	I
Предел огнестойкости железобетонных конструкций по |»,

теплоизолирующей способности находится путем одного и

теплотехнического расчета.
Расчет огнестойкости конструкций зданий и сооружений может у

выполняться, если известны теплофизические, прочностные и ^

деформативные характеристики строительных материалов при высоки! (

температурах.	^
Расчет температурных полей железобетонных конструкций на

огнестойкость основывается на решении краевых задач нестационарной

теплопроводности неоднородных капиллярно-пористых тел в условиях
494

-.та^эртного температурного режима. При этом должны приниматься во

знинние особенности внешней и внутренней нелинейности задачи,

«ар^теризующейся сложными законами нестационарного теплообмена

челу обогреваемыми и необогреваемыми поверхностями тела и

перхающей средой пожара при граничных условиях 3-го рода.
' Изменение температуры при стандартном температурном режиме

ьарагеризуется зависимостью
/, = 345 lg(0,133т+ 1) + (,,	(7.5)
-де I, температура нагревающей среды, °С;

t - 1емя пожара, с;
шальная температура конструкции до пожара, равная 20°С.
При этом необходимо учесть переменность во времени

ei л}жзических характеристик материала в зависимости от непрерывно

"[3! «яющейся температуры среды, влияние влажности материала.
Аналитическое решение дифференциального уравнения

шроводности Фурье при этом является сложным и трудоемким.

ijiMy применяют упрощенные приемы и методы для решения

1етных задач, в частности, конечно-разностный расчет (метод). Для

4та температур в сечении конструкций упрощенным способом

[маются следующие допущения:
Решение уравнения Фурье при граничных условиях 3 рода заменено

f ием при граничных условиях 1-го рода, которое представляет собой

5ыизменения температуры поверхности.
Произведена линеаризация дифференциального уравнения

оа лпроводности Фурье путем введения в расчет приведенного

фжциента теплопроводности бетона ага1.
Влияние испарения воды в бетоне при нагреве учитывается путем

ие.иения удельной теплоемкости на величину 50,4 на каждый процент

еоорй влажности бетона.
Расчет производится на действие мгновенно устанавливающейся и

осмнно поддерживающейся температуры 1250°С на фиктивном слое
ошсэукции толщиной K^ared
*	Расчетные формулы применимы только для плоских конструкций и

ог;срукций прямоугольного и круглого сечений, а также для

ve мнтов более сложной конфигурации, поперечные сечения которых

огубыть сведены к перечисленным.
У строительных конструкций, как правило, один размер

Jc.TireAbHO больше или меньше двух других. Поэтому решение уравнения

ур>1 при расчетах огнестойкости конструкций достаточно производить

ш ономерных и двухмерных температурных полей.
Для плоских конструкций (плиты перекрытий, покрытий,

гр'8)родки, стены) принимается одномерное температурное поле. Для
495

стержневых конструкций (колонны, балки, ригели, элементы арок, ферм| -

двухмерное температурное поле [50].
Для расчета температур в железобетонных конструкциях пр,

граничных условиях 1-го рода может использоваться формула
=1250-(1250-г, )erf X, где erf X - функция ошибок Гаусса (приложение

1); tH • начальная температура, равная 20 °С.
Применительно к определению температуры обогреваемой

поверхности f0 плоских железобетонных конструкций выше, указанная

формула принимает следующий вид:
где t0 - температура обогреваемой поверхности, °С;
К - коэффициент, зависящий от плотности р ж сухого бетона, с",

приложение 2;

т - время, с.
Приведенный коэффициент температуропроводности определяется

по формуле
где	и Ситт — соответственно средние коэффициенты
теплопроводности (Вт/м °С) и теплоемкости (Дж/(кг °С) бетона при

tm = 450°С;
со, - начальная весовая влажность бетона, %;
рх - средняя плотность бетона в сухом состоянии, кг/ма.	•
Значение средней плотности бетона в сухом состоянии
где Р, - плотность бетона в естественном состоянии, кг/м3.
(?.6|
а
(7.7)

7.22. Расчет температур в сплошных плоских

«кыструкциях
Одномерный поток тепла имеет место в полуограниченном теле и в
•	не'онаниченной пластине при симметричном и несимметричном обогреве,

.^[ература в точках, расположенных у обогреваемых поверхностей

плчнсих сплошных конструкций, практически не зависит от изменения

/Слший теплоотдачи на необогреваемой поверхности этих конструкций.

Пштие полуограниченного массива предполагает, что в бесконечно

удаснной от обогреваемой поверхности точке отсутствует перепад

теизратуры независимо от времени и интенсивности теплового

во^йствия на обогреваемую поверхность
Э((-к«,г) л
—-——- = 0 или /(+оо,Т) = (>.
Эу
Нестационарное температурное поле, возникающее в

ограниченном теле от воздействия «стандартного» пожара,

'тывается по формуле (рис. 7.47,а)
ty,=l2S0-Q250-tH)erf-±*J--.	(7.9)

Ча^
hi— расстояние по нормали от обогреваемой поверхности до расчетной

я тела, м.
Расчетная формула (7.9) может быть использована для определения

гегаратуры в плоских конструкциях конечной толщины. Поэтому данная

j>o ?ула является основной для расчетов температуры плит, панелей,

Кастлов, перекрытий. Так, формула для расчета температуры арматурных
те'рсней, находящихся на расстоянии y = at от обогреваемой

юшехности имеет вид (рис. 7.47,6)
к+у±М
=1250-0250-tn)erf	^ytd ■ ,	(7.10)
де )= а, — расстояние от обогреваемой поверхности до края арматуры, м;
С, --коэффициент, учитывающий влияние массы металла стержня на его

[рагев в различных бетонах, приложение 3;

чремя, с;
-)аметр арматурного стержня, м.
Поскольку предел огнестойкости свободно опертых элементов

авиит от прогрева растянутой рабочей арматуры до критической

емпратуры t ^ зная ее величину, можно найти их предел огнестойкости.
497

1250 С
У
1
*о
и
Ш///////ШШ.
шшш
‘А
'А
. 1 . <3
t и l
Рис 7.47. Схемы к расчету:

а - температур в полуограниченном теле при действии «стандартного» пожара; б- температуры

арматурных стержней, расположенных у обогреваемой поверхности плоских конструкций,

толщины наружного слоя бетона, прогретого до критической температуры

Приравняв в формуле (7.10) £ = tgcr, находят значение функции
Гаусса
erJxJ250-^	(7.10'|
1250
По приложению 1 определяют значение аргумента X. Используя

формулу

498

K^ared +y + K]d
2jxar,
, рассчитывается предел огнестойкости
т = Пф
+ y + Kld
(7.11]
гд'.е = Пф, с.
Анализ показывает [50], что на участке X < 1,5 функцию Гаусса без

башшх погрешностей можно заменить параболической зависимостью
erfi = 1,215Х — 0.37Х2. Тогда с учетом формулы (7.10") имеем
1250-г.
откуда X = 1,625

Поэтому
1250—/,

1-
-	= 1,215^-0,37ДГ",
1250—/
+ y + Kxd
1250-л
(7.12)
Формула (7.12) позволяет вычислить пределы огнестойкости

пр огых плоских изгибаемых конструкций (плиты, панели, настилы

яовдтий и перекрытий) без использования таблиц функции Гаусса.
Для определения температур в плоских конструкциях при

^вэп’ороннем обогреве решают задачу о прогреве неограниченной

члаины при симметричных граничных условиях (рис. 7.48).
Это решение имеет вид [44]
t„ = 1250-(1250 —Г„;

где £ = 1-
erf
0,5* + К ^
t - [сстояние от центрадо расчетной точки по толщине пластины, м;
(7.13)

(7.13')
г- 2з
499

Рис. 7.48. Схема к расчетутемпературв

неограниченной пластине при деусгорон-

нем действии «стандартного» пожара
Ь - толщина пластины, м;
F=-
критерий Фурье;
(о,5 b + KjIZl
х - время, с.
Таким образом, формулу (7.13) можно преобразовать к виду
=12S0 -0250 -».)
erf-
. (7.14)
Для определения температуры арматуры в плоских конструкциях

при двустороннем обогреве при симметричных граничных условиях

формула (7.14) принимает вид
'«..„г =1250 -(l250 -f„)
. г_,.*лЯ7 + *-Д,-У_,
4arS
(7.141
500

Выражения в квадратных скобках формулы (7.13) представляют

отпсительную избыточную температуру# , которую можно определить по

гр»ику в зависимости от F0n £ приложения 4.
Тогда необходимую температуру находят по формуле
При расчете огнестойкости стержневых элементов (колонны, балки,

рш!ли) возникает необходимость определить температуру в середине

тсдины пластин, т.е. в центре сечения (х = 0)
ГА», - относительная температура, определяемая в зависимости от F^/4,

; jb в приложении 5.
Предел огнестойкости ограждающих конструкций по

пэизолирующей способности определяется по формуле
-	толщина конструкции, м;
1	- приведенный коэффициент температуропроводности при 250°С, m'Vc;

j — величины, определяемые в зависимости от критерия Био, таблица
расчетная температура, °С;
-критерий Био.
В формуле (7.17) значение критерия Био равно
гд.»!^, = 4,8 + 9,1е| — среднее значение коэффициента теплоотдачи на

чечюгреваемой поверхности, Вт/(м!°С);
е, 1 степень черноты необогреваемой поверхности, принимаемая для

5е:ла £j — 0,625 [32, табл. 4.3];
А.'— средний расчетный коэффициент теплопроводности, вычисляемый

1рогемпературе 250°С.
При (ioo = 140° + 20° = 160° и(„ = 20°С уравнение (7.17) принимает
/„ =1250 -(1250 -1и)в
(7.15)
f„0i, =1250 -(1250 -(J0, ,
(7.16)
Z = 2,3
(7.17)
1250—l + Bi
501

г = 2,3
{s+кД^]
(7.18)
где т , с.
Для многослойных сплошных конструкций приведенный
где 5, - толщина i-ro слоя материала, м; 5 • толщина конструкции, м;

a'rcd - коэффициент температуропроводности материала, составляющего
)'-й СЛОЙ, MVC.
7.2.3.	Расчет температуры в стержневых конструкциях
При прогреве балок, колонн, элементов ферм, других стержневш

элементов, обогреваемых в условиях пожара с 3-х или 4-х граней боковых

поверхностей (сторон), имеет место двухмерное температурное поле (рис,

7.49, 7.50). Расчет температур в этих случаях может быть выполнен с
коэффициент температуропроводности определяется по формуле
8
Ь
t
в
в
Рис 7.49. Схема к расчегу температур в

прямоугольном сечении при 4-х стороннем

обогреве
502

зточнои точностью при помощи	соотношения относительных

чератур
1в ~ _ ‘в ~	1в ~ гу.,	(7.19)
* В ~ t н	t В “ * *	t В ~ t н
l-<s - температура по стандартной кривой, °С;
,j- температура двухмерного поля, °С;
г у,т - температура одномерных полей, °С.
Учитывая принятые допущения для расчета температур

п оценным способом, формула (7.19)можетбыть представлена в виде
12S0-iw 12501250-^
1250-/, 1250-г, 1250-г, '
Из соотношения (7.19) находят
t —t

lB ‘и
Соотношение (7.20) выражает результат наложения одномерных
o.w одного на другое (принцип суперпозиции).
Соответственно формула (7.20)можетбыть преобразована к виду
(l 250 — Г ) (l 250 — / )
г, v =1250	:	—	(7.20')
1250—г
503

По сравнению с формулами (7.19),(7.20) использование формул

(7.19 ),(7.20‘) позволяет несколько упростить расчет теплотехнической

задачи, нагрев конструкций при этом более интенсивен, а значение

выражения 1250-(, можно заменить величиной 1230 °С.
Если необходимо найти температуру в прямоугольном сечении,

обогреваемом с 4-х сторон, в том числе и арматурного стержня, то поле его!

образуется в результате наложения температурных полей при пересечении

двух неограниченных пластин толщиной Ьи h (рис.7.49).
В этом случае величины tZ T и tyT определяют по формулам (7.13),
(7.14)	или (7.14 ). При этом необходимо учесть, что значение t г

определяется заменой Ь на Л, а х на у.
Если необходимо определить температуру в балке или колонне,

обогреваемых с 3-х сторон (рис. 7.50), значение tz 7 определяют по формуле
(7.14),	(7.14'), a ty x - по формуле (7.10). В данном случае пересекаются поля

неограниченной пластины и полуограниченного тела. Согласно [79|,

температуру в сечениях железобетонных элементов можно определять по

графикам прогрева, полученных экспериментальным путем.
7.2.4. Расчет слоев, прогретых до расчетных (заданных)

температур
При огневом воздействии сечение конструкций прогревается

неравномерно. Поэтому в каждом слое (точке) сечения температура имеет

определенное значение. Если в одном из этих слоев (точке) расположена

арматура (несущий элемент) конструкции, воспринимающая все

сжимающие или растягивающие усилия, то температура этой арматуры

будет определять величину несущей способности всей конструкции. В тот

момент, когда несущая способность этой арматуры снизится до величины

рабочей нагрузки и наступит ее предел огнестойкости, температура

несущей арматуры конструкции будет являться критической.
Таким образом, понятие критической температуры относится не к

материалу конструкции, а к ее несущему элементу. Нельзя, например, в

этом смысле говорить о критической температуре бетона, т.к. этот

материал расположен по всему сечению железобетонной конструкции,

прогревается неравномерно и не имеет поэтому какой-то определенной

температуры нагрева [50].
Иногда с целью упрощения расчета все же применяют термин

«критическая температура» и к бетону. Так, например, называют

критической температуру на границе ядра сечения железобетонных
504

114
I ы
Рис. 7.51, Схема к расчету слоев

бетона, прогретых до таддмпд

температур, при обогреве с 4-х

сторон
Значения и %у находятся по графику приложения 4 в
зависимости от 6Х, , Fox, F \
FM =
F -
* оу
(о,5 b + Kjared
“red*
(о ,Sh + Kfi^]
(7.23)
|*s
I»
д _ 1250 tB ^ (ts tbo.)(ts ?,)
' 1250 -t. (?,-^0,)(1250 -О'
g _ 1250 — tB + (ts —tbcr)(fB—tH)
’ 1250 -f. {fB ~f„0if)(l250
(7-24) »»
506
t

гд.^_о,тЛ-о,т- температура в центре неограниченной пластины,

сонветственно толщиной Ьи h при условии ее обогрева с двух сторон,

вьлсляемая по формуле (7.16), т.е.:
(„0.t = 1250 -(1250 -t.)6v,
(7.25)
^=o.i = 1250 -(1250 -t„)0v,
А-^цл ' ®чу - коэффициенты, принимаемые по таблице приложения 5 в

впимости от критериев Фурье: F„/4 и 4 соответственно.
юо 52. Схема к расчету слоев бетона,

шрреггых до заданных температур,

при обогреве с 3-х сторон
Толщину слоя51ет1 прямоугольного сечения, обогреваемого с 3-х

<орн (рис. 7.52), с учетом (7.13') вычисляют по формуле
(°.5 b+KfiZ)4,-KfiZ,	(7.26)
iee- значение находят по приложению 4 в зависимости от и 9Х ,

поселяемого из выражения
507

Толщина слоя 8:ет,у определяется по формуле (7.21), а значение

егрС определяется по формуле
erjX
_ 1^50 tg ^ (tg tbcr) (/д tH)

1250 -1" (',-0(1250-0'
Таким образом, при 4-х стороннем обогреве
Ьит,х =Ь-25,ет.* h«m = h ~ 25!'»
При 3-х стороннем обогреве
Ь,ет - Ь - 2SUm h = h~ S ,y
V
(7.281
Г1
(7.29|
(7.30)
Рассмотренный упрощенный метод решения уравнения Фурье дает

удовлетворительные результаты при инженерных расчетах, не требующп

большого объема вычислений. При его применении был принят ряд

допущений (см.п.5.2.1). В связи с широким использованием вычислительной

техники появилась возможность для расчета температурных полей в

конструкциях сложных конфигураций при любых законах изменения

температур, при любом их начальном распределении и с учетом изменения

теплофизических характеристик материалов конструкций. Например,

может быть применен конечно-разностный метод элементарных балансов

Ваничева А.П., который легко поддается программированию. Для решения

теплотехнической задачи огнестойкости железобетонных конструкций

этот метод был усовершенствован А.И. Яковлевым. В его работах [50] и [73]

детально рассмотрены вопросы расчета температурных полей с помощью

ЭВМ (машинный расчет).
7.3.	Статическая часть расчета
7.3.1.	Статически определимые изгибаемые

конструкции. Общее решение статической задали
При расчете несущей способности железобетонных конструкций

при пожаре следует учитывать изменение механических свойств бетона и

арматуры в зависимости от температуры, определяемой теплотехническим

расчетом.
508

Расчетные сопротивления сжатию и растяжению бетона Квц и R и

рмгуры Rlcil и Rtll для расчета огнестойкости определяются делением

норитивных сопротивлений на соответствующие коэффициенты
над«;ности' по бетону - уь = 0,83 ; по арматуре - у s = 0,9 [79]
— ^Ьп/Уь < ^Ыи — RЫя/Уь ' ^su = ^sn/Ts ’ Rscu = ^su
Статически определимые изгибаемые железобетонные конструкции

в уетвиях пожара подвергаются воздействию высоких температур по

ра?вму. Плоские элементы подвергаются одностороннему нагреву,

те р.невые - трехстороннему.
При этом, у плоских элементов Ъит — Ь, а у стержневых элементов
"К»,Г 6 ~2S,tm.x-
Общие положения расчета на огнестойкость строительных

срукций применимы и к железобетонным конструкциям Для

тески определимых конструкций предел огнестойкости может быть

|:лен по критической температуре стальных элементов, что

ггельно упрощает расчет.
Статически определимые изгибаемые элементы в условиях пожара

чцаются, как правило, в результате образования пластического

нра в расчетном сечении за счет снижения предела текучести или

. чости нагревающейся растянутой арматуры до величины рабочих

ужений в ее сечении. Редкое исключение составляют изгибаемые

.леынты переармированные и нагруженные предельно допустимой

агрзкой, у которых потеря несущей способности происходит от

фупого разрушения сжатой зоны бетона при сравнительно небольших

\,еф»мациях растянутой арматуры.
Сжатые бетон и арматура нагреваются слабо, а поэтому в расчетах

IX лочностные характеристики считаются неизменными. В момент

>6рювания пластического шарнира происходит резкое увеличение

■емиратурной ползучести арматуры, что вызывает интенсивное

>аскытие трещин в растянутой зоне. Раскрывающиеся трещины

мешают высоту сжатой зоны бетона х1ет до минимального значения,

■ррАотором происходит разрушение сжатого бетона и обрушение

е мнта.
Таким образом, наступление предела огнестойкости изгибаемой

.ошрукции характеризуется предельным равновесием внутренних и

1неиих сил. При этом напряжения в сжатой зоне бетона за счет

гмеьшения ее размеров и деформации растянутой арматуры

вверчиваются до а сопротивление растянутой арматуры снижается
.а кт нагрева стали до RSMm = RsuYs,iem , где yslem - коэффициент

нисения прочности стали.
509

Решение статической задачи в этом случае сводится к нахождению

критической температуры работающей арматуры при предельном

равновесии конструкции в условиях пожара.
В общем виде статическая задача для изгибаемых конструкций

решается с помощью уравнений статики. Для определения высоты сжатой

зоны бетона хит в состоянии предельного равновесия конструкции при

заданных условиях обогрева составляется уравнение моментов от внешних
и внутренних сил относительно растянутой рабочей арматуры ( У.Л/, = 01.
Рабочие напряжения в растянутой арматуре определяют из

уравнения равновесия проекции внутренних и внешних сил, действующи

в плоскости изгиба.
По соотношению рабочих напряжений crSiKm = R,Jtm и сопротивлений
стали R определяют коэффициент снижения прочности У1у1ет , а затем по

приложению 6 определяют критическую температуру растянутой

арматуры
7.3.2.	Плоские изгибаемые элементы
Несущая способность Мр1гт нагретого плоского изгибаемого

элемента в предельном равновесии будет равна (рис. 7.53)
Мрмш = HbMmZb tem = Rbubxltm (*о - О-5*/*-.)'	(7 3,1
где Л0 - рабочая (полезная) высота сечения, м;

хит - высота сжатой зоны, м.
В условиях пожара конструкция разрушается под действием

изгибающего момента от нормативной нагрузки Мл, т.е. М 1м = Мп.
Учитывая, что	= 0 , получим:
Мр,ит~М„= 0;	Г
RbMttm(hQ -0,5х,т)-М„ =0,

откуда = К ~ ~ 2 ■	(132>
510
‘сг=/(Г,*»).

ё
><
шшШШШШШШШ/.
н
Eii
ilg
Г
ь
1
. W. Схема к расчету

(ГОЙКОСТИ плоского

ябаемого элемента
ш
Rbu,
"П
■■I
Из условия равновесия ^ ЛГ, = 0, т.е.
~Nb,,em = 0 или N1Jm = NbJcm .следует
откуда =
Rbubxlem
(7.33)
Но os um =Rsuy,iltm , следовательно,

<
УJ.fem “
(7.34)
По найденному значению YltUm из приложения 6 определяется

^Ш'ратура растянутой арматуры, при которой наступает предел

тпегойкости конструкции, т.е. критическая температура tla.
Фактический предел огнестойкости Пф определяется по формуле

.Ыили (7.12).
Значение коэффициента у,мт можно найти также следующим

гасбом:
511

^ p.tem ~~ ^s.tem^b.tem RsuYsJem (^0 ^^xlem) ,	(7-35)
где At - площадь сечения растянутой арматуры, м2;

Л0- рабочая (полезная) высота сечения, м;

хкт - высота сжатой зоны, м;
из условия равновесия	=0 находим
RsuA,Y,j*m .
icm р i	(7-36)
Ьи
учитывая, что Mftsm = Мп, уравнение (7.35) можно записать в виде:

мп = RnYt.umMK	(7-37)
подставив в формулу (7.37) значение х1ет (7.36), получаем
л с
=RSUA,YS,,
Rhub
откуда
V**
bhaK
1-1-2
М„
bh о Rbu
(7.38)
(7.39)
т.е. значение у,мт можно определить, не определяя оs ,ет ,
Таким образом, решение статической задачи при расчете

огнестойкости простых плоских изгибаемых элементов сводится к

определению критической температуры растянутой арматуры, что

значительно упрощает расчет.
Коэффициент для изгибаемых элементов, разрушающихся в

результате образования пластического шарнира в нормальном сечении за

счет снижения прочности нагретой растянутой арматуры до величины

рабочих напряжений, без больших погрешностей может быть определен
К,
м„
Лц - 0,5 —R
Rh.,b
(7.40)
где Мр - разрушающий момент в сечении при tR = 20°С.
В работе А.И.Яковлева [50] указывается, что критическую

температуру растянутой арматуры можно также найти по кривым
512

Температура, К

2 373 473 573 673 773 873 973 1073 1Т73
Температура, К

273 373 473 S73 573 773 873 973 1073 1Т73
а- нссаА-1 (Ст 3); б-класса А-П(Ст 5);в-классаА-Ш(Ст 25 Г2С);г-классаА-Ш(Ст 25 ГС)
^щс7.54,а-з при максимальных общих деформациях арматуры eSJcm =0,03.
3	рзультате испытаний практически всех видов арматурных сталей,

1рженяемых в железобетонных конструкциях, было установлено, что до

>гарделенной температуры деформации стали увеличиваются примерно с

юзсэянной скоростью в основном за счет температурного расширения.

!aiM начинает проявляться температурная ползучесть стали, и скорость
)0»ci деформации плавно возрастает. За пределами £s u„ = 3%, вследствие

шфго увеличения ползучести, кривая полных деформаций стали быстро
513
13

е,
SU
\
(7.42]
гдее„ - предельные деформации растянутой арматуры;

еЬи - предельная сжимаемость бетона сжатой зоны;
- характеристика сжатой зоны бетона £0 = а - 0,006 Rbu,

а - коэффициент, принимаемый равным для бетона:

тяжелого - 0,85;
на пористых заполнителях - 0,8;
-	относительная высота сжатой зоны бетона в предельном равновесии

нагретого элемента £1ИЛ = х,ет /А0 .
Несущая способность Мр1гт нагретого плоского изгибаемого

элемента М = 0) в предельном равновесии равна
Эксперименты показывают, что необогреваемая поверхность

плоских железобетонных изгибаемых конструкций в момент их полного

разрушения прогревается до температур, не превышающих 100°С.
При этой температуре предельная сжимаемость тяжелых бетонов

увеличивается. Это увеличение деформативности компенсируется

тепловым расширением сжатого бетона, что дает возможность в формуле
(7.42)	£Ьи принять равной начальной предельной сжимаемости бетона
0,0025.Поэтому
Решая совместно уравнения (7.43) и (7.36), определяем
(7.43)
(7.44)
Тогда формулу (7.39) можно представить в виде
(7.45)
(7.46|
516

Для бетонов, прочность которых соответствует классу ВЗО,

и ользуемых при изготовлении изгибаемых элементов,

*
По значению е„ из графиков на рис. 7.54 а-з находят {
Затем путем решения обратной задачи теплопроводности по

шуле (7.11) или (7.12) или с помощью номограмм прогрева арматурных

ежней в бетоне (см. рис. 7.55,а-к), или по графикам распределения

ператур в поперечном сечении железобетонных конструкций при

)ipe (прилож. 17) по найденной tscl определяют предел огнестойкости.
При пользовании номограммами для определения температуры

итуры в плитах из обычного тяжелого бетона за величину защитного
5	необходимо принимать расстояние до центра арматурных стержней.
формула (7.47) может быть применима и для расчета критических

гаератур простых плоских изгибаемых элементов, разрушающихся по

лсанутой зоне.
Таким образом, для изгибаемых элементов расчет критических

:^ератур по критическим деформациям растянутой арматуры является

>(Ьим методом.
ft 0,85 - 0,006Rbu = 0,85 - 0,006	= 0,69
0,83
Подставив значение = 0,69 в формулу (7.46), получаем
(7.47)
■. агянутои арматуры в зависимости от степени ее нагружения,

i
■	а',ктеризуемой коэффициентом Ysjem •

с _ *tem
Подставив в формулу (7.86) значение £Ьи и Siem - , , получим
n0,tem
ftrm = 2,5 • 10-4	(7.87)
xlem
С учетом формулы (7.87) уравнение (7.85) принимает вид
(^О.Гетя а )	2 3 i с 1Л-4»г «2 /7 ДЙ1
	г-7	+ 2А0.И, Х|*т ~ хит = 2.5 • 10 ЛГ5 , (/-881
КЬи°1т
Значение величины х1ет определяют методом последовательных

приближений из уравнения (7.88), задаваясь пределом огнестойкости

конструкции и находя значения Ь1ет, \пш. и Y's.ia, ■ После нахождения

истинного значения хит из уравнения равновесия У У = 0
N„ +os,u„As = А\ RscuysJ'„ +Rbub,emxum	(7-89)
определяют напряжение в растянутой арматуре
		AsRscuys tem ^bubtemXlem	,п пл\
а,.Нт =			'	(? 90)
s
Приведенный методологический подход приемлем для колонны,

изображенной на рис. 7.64. При других конструктивных решениях, схемах

загружения и обогрева изменится вид расчетных уравнений и количество

членов в них.
В работе А.И.Яковлева «Расчет огнестойкости строительных

конструкций» [50] рассмотрена методика определения пределов

огнестойкости сжатых железобетонных элементов по критическим

деформациям. Эта методика позволяет учесть в полной мере упругие

свойства нагретого бетона, дает возможность производить оценку пределов

огнестойкости сжатых конструкций, особенно по признаку потери их

устойчивости от продольного изгиба. Для практического применения этой

методики приведены расчетные данные для стен и колонн из тяжелого

бетона. Кроме того, с помощью таблиц 1.11-1.14 [50] можно определить

соответствие заданной конструкции требованиям СНиП [35].
536

Н. Огнестойкость зданий и сооружений с учетом

свместной работы строительных конструкций
11.1.	Актуальность исследования огнестойкости зданий

вооружений с учетом совместной работы

сроительных конструкций
Большинство современных норм, в том числе и [2, 7, 35], исходят из

тсо, что огнестойкость отдельной строительной конструкции может быть

онеделена без учета взаимосвязи с другими конструкциями здания или

'иружения. Испытания на огнестойкость проводятся по стандартной

ггодике, гарантирующей наименьший предел огнестойкости

<\езобетонной конструкции. Такие испытания трудоемки, дорогостоящи

ребуют специальных установок. Кроме того, определение предела

'естойкости всех разрабатываемых железобетонных конструкций

шдартными испытаниями практически невозможно. На основе анализа

питаний на огнестойкость разработаны методы расчета пределов

Iестойкости различных типов железобетонных конструкций, которые

хтоят из теплотехнического и статического расчетов. Предел
■	естойкости отдельной железобетонной конструкции можно также

инеделить приближенно по таблицам и рекомендациям, полученным на

иоове анализа большого количества испытаний железобетонных

эгментов по стандартной методике.
Такой подход связан с оценкой огнестойкости здания в целом и

■путствием соответствующей экспериментальной базы. Подход к оценке

о!естойкости зданий и сооружений без учета взаимосвязи строительных

инструкций был оправдан тогда, когда сооружение монолитных

взимосвязанных несущих каркасов было редкостью. Применение таких

гакасов для современных многоэтажных (высотных) гражданских и

прмышленных зданий больших площадей требует разработки

сответствующих научно обоснованных методов определения требований

к огнестойкости. Одновременно с этим можно усомниться в отношении

мгодов испытания на огнестойкость несущих перегородок для

соременных зданий без нагрузки, т.е. по теплоизолирующей способности.

В|,ействительности же в ряде случаев перегородки еще до пожара

вспринимают нагрузки в результате прогибов железобетонных

мструкций (перекрытий). В условиях пожара такие явления, естественно,

буут еще более ощутимы, что может привести к быстрому разрушению

гюегородок, рассматриваемых нормами как преграды распространению

гя.

Определение предела огнестойкости отдельной железобетонной

конструкции характеризует ее работу без учета совместной работы в

здании или сооружении с другими конструкциями. Совместная работа

покрытий и перекрытий со стенами, статическая схема здания,

монолитность конструкции, стыки и армирование элементов с учетом

заделки на опорах влияют на предел огнестойкости отдельных

железобетонных конструкций.
Исследования огнестойкости зданий и сооружений как единого

целого начались сравнительно недавно. Еще сложнее представляется задача

в отношении железобетонного каркаса, реакции и деформации которого

лежат в разных плоскостях и должны рассматриваться в их

пространственном распределении.
На рис 7.65 показана принципиальная схема возможных

деформаций (в одной проекции]

взаимосвязанных конструкций каркаса

здания.
В работе [81] предлагается

возможное поэтапное приближение к

решению задачи, ссылаясь на результаты

огневых испытаний и практический опыт.

Данные таких исследований показывают,

что огнестойкость работающих на изгиб

строительных конструкций, входящих в

общую систему здания, с жестким

закреплением их опор во многих случаях

повышается, в то время как конструкции,

работающие в основном на сжатие,

испытывают противоположное воздей¬

ствие. Вместе с тем, случаи крупных

пожаров последних лет показывают, что

большие удлинения конструкций перекры¬

тий, возникающие в больших секциях

здания, могут привести к неожиданному

выходу из строя несущих опор, что влечет

за собой обрушение целых секций зданий,

Поэтому современное строительство не¬

сомненно требует особого внимания к

огнестойкости здания или сооружения в

целом.
Наглядным подтверждением ска¬

занному может служить пожар в главном корпусе завода пластмасс [82].
Помещения склада размером в плане 120x54 м располагались в

осях Н-С и 25-45 главного корпуса. Отсеки склада отделены от смежных

помещений противопожарными стенами по оси Н и по осям 25, 35 и 45

(рис. 7.66).
«я
/
\
Т7 7f?
;
Зона пожара
Кольцо растяжения

Рис. 7.65. Принципиальная схема

деформаций конструкции каркаса

многоэтажного здания в условиях

пожара

Главный корпус завода представляет собой бесфонарное здание,)

выполненное из сборного железобетона (рис, 7.67).	1
t /5
-J
f—1
1	1Ы53 1
М	1
т	1 1	1
т t-но i

ЕГ -м
| ТГ~
3
^.2
1—Itiidl—
h
Ш
ittr
2-2
©
1
у2 Чз
! t+м ] |
^ ! 1 1
1
j >
и
шпт
ПГГ,
>
с	,
1	7 s	71	7
	г	А
	i
(29)
Ф)
Рис 7.67. фрагмент главного корпуса завода пластмасс. Разрезы 1 -1 (в осях М-С)

и 2-2 (в рядах 25-37):
1 - противопожарные стены из силикатного кирпича; 2-колонны средние типа К-2

двухветвевые железобетонные несущего каркаса; 3 - стропильные балки железобетонные типа

БПС-18; 4 - подстропильные балки железобетонные типа ББС-5П-2; 5-плиты перекрытия типа

ПНС и ЛКЖ; 6 - ригели этажерки; 7 - колонны первого этажа (шаг 6 м); 8- колонны крайние

типаК-1 (шагбм); 9-навесные керамзитобетонные панели
Отсек склада, где произошел пожар, расположен в осях Н-С и ося*

25-35 (размером в плане 60x54 м).
Зоны интенсивности огневого воздействия у низа конструкций

покрытия показаны на рис. 7.68:
I	- зона горения сырья - температура 1200-2000°С, длительность
4-6 час;

с .68. Расположение зон интенсивности огневого воздействия при пожаре в складе сырья и

готовой продукции главного корпуса завода:
* зона горения сырья и готовых изделий из пластмасс; Ц Ш, /V- соответственно зоны

асокой, средней и слабой интенсивности огневого воздействия (стрелкой обозначено

направление ветра)
II	- зона высокой интенсивности огневого воздействия —

теяература 1000оС-1200°С, длительность - 2,5-3,5 часа;
III	- зона средней интенсивности — температура - 800-1000°С,

стельность 1,5*2 часа;
IV	- зона слабой интенсивности — температура 600-800°С,

дельность 1,5-2 часа.
Фактические пределы огнестойкости основных несущих
^огтрукций составляли 3 часа. Влияние линейных температурных
ьефрмаций и прогибов элементов оказало существенное влияние на
:о!естную работу конструкций, связанных между собой. В результате
б^шения двух несущих колонн основного каркаса (П-33 и Р-41)
сизошло разрушение элементов покрытия склада сырья завода
1лугмасс.	^	,
Таблица 7.4
Сравнительные данные по обрушению конструкций
Л^лезобетонные элементы основного

каркаса
Общее число

конструкций
Обрушилось гои пожаре
штук
%
Дкветвевье кслонны К-1, К-2
28
2
7,2
1 'кстоспильнье Салки ББС-5П
15
4
26.6
^лэпильные балки БПС-18-3
30
16
53,5
1Л|[шспанельные плиты покрытия ПНС

«1<Ж (1,5x6 м)
360
290
80,8

Преимуществом этих экспериментов является их натурностьи

возможность проверить сохранность конструкций во время и после

пожара. Но эти эксперименты имеют недостатки. Действительно,

наблюдение за состоянием здания затруднено, конструкции не всегда

достигают предельного состояния. В тех случаях, когда происходит их

разрушение, трудно установить фактическую причину разрушения из-за

многочисленности действующих факторов. Кроме того, трудно вести

замеры деформаций и температур, эксперимент является единственным, т.е.

нет нужной повторяемости опытов, сложно выявить закономерности в

изменении состояния конструкций. Следует также указать, что

организация таких экспериментов сложная и дорогостоящая. Методика

проведения таких опытов самая разнообразная. Основной же недостаток

этих испытаний заключается в том, что в результате их проведения не

определяются пределы огнестойкости основных конструктивных элементов

зданий и, следовательно, невозможно определить фактическую степень

огнестойкости здания.
7.4.3.	Основные направления в оценке огнестойкости

зданий с учетом совместной работы строительных

конструкций
Изучение этой проблемы было начато в 50-х годах в нашей стране

и США. Начиная с 1954 года, во ВНИИПО МВД РФ были проведены

несколько серий испытаний с ограничением температурных деформаций

изгибаемых элементов, моделирующих условия совместной работы

конструкций при пожаре. Первоначально были испытаны железобетонные

балки сечением 180x360 и 220x240 , длиной 6 м. При этом применялось

два вида упругой заделки на опорах - с защемлением и распором. Балки

были армированы в предположении упругой стадии работы, когда под

действием равномерно распределенной нагрузки опорные моменты

превышали пролетные в два раза.
В последующем были проведены опыты с балочными плитами

пролетом 2,74 м, шириной 1 м, которые испытывались при двух схемах

опирания: с упругой заделкой (распор и защемление) и с упругим

защемлением. Первый тип опирания соответствовал реальным условиям

работы балочных плит в монолитном ребристом перекрытии. Второй тип

опирания имел важное теоретическое значение, т.к. позволял определить

теоретически величины максимальных усилий, возникающих в элементах

при огневом воздействии.
Впервые проведенные в нашей стране опыты показали влияние

ограничения предельных температурных деформаций на предел

огнестойкости конструкций, выявили схему разрушения элементов при

нагреве, определили величину температурных усилий (распор) и круг

параметров, влияющих на пределогнестойкости[83].
548

На последствия пожаров в зданиях оказывают влияние планировка

шяещения, наличие противопожарных стен, а также распределение

шкарной нагрузки при огневом воздействии, которая зачастую локально

оганичена. Вследствие этого, подверженные огневому воздействию

ктоструктивные элементы, как правило, окружены более холодными, не

вверженными воздействию пожара, несущими конструкциями. В

реультате взаимодействия между нагревающимися и холодными частями

Э'дяентов в последних возникают усилия распора. Во время пожаров такое

зцемление» может оказать в ряде случаев благоприятное воздействие на

гаоедение конструктивных элементов (балок, плит и др.), на которые

де:твуют изгибающие моменты. Это действительно так, потому что в этом

с тае моменты в пролете уменьшаются в результате наложения моментов

аш. Однако это происходит не всегда, т.к. имеют место отслоение бетона

«пявление горизонтальных трещин. Необходимо выделить по данному

ipocy ряд важных положений, изложенных А.Ф.Миловановым в работе

Им отмечается, что «совместная работа покрытий и перекрытий со

чами, статическая схема здания, монолитность конструкции, стыки и

.(ирование элементов с учетом заделки на опорах влияют на предел

^стойкости отдельных железобетонных конструкций».
Полученные экспериментальные данные позволяют установить

дующее:
моделирование совместной работы несущих строительных

з:трукций в условиях пожара принципиально возможно в лабораторных

сзвиях при наличии оборудования, позволяющего ограничить

'епературные деформации элементов, измерять возникающие усилия от

гиничения этих деформаций, ограничивать и измерять углы поворота

пэных частей элементов;
ограничение температурных деформаций элементов, возникающих

п р их совместной работе, может повышать или понижать пределы
о	гестойкости сопряженных элементов и конструктивных систем,

и }енять их схему работы и схему разрушения в условиях пожара, при

эти благоприятное влияние ограничения деформаций (защемления) на

а гвстойкость изгибаемых элементов достигается, если под действием

злемления возникает напряжение, противоположное по направлению

я юяжению, вызывающему изгиб;
j проведенный анализ работ отечественных и зарубежных авторов

отзывает, что до настоящего времени не создано надежных методов

в аиета, пригодных для оценки огнестойкости зданий и сооружений с

/’чром совместной работы конструкций во время пожара.
Как вывод, можно отметить, что изучение проблемы совместной
э.аоты конструкций зданий в условиях пожара ведется более трех
1,к|1тилетий. К настоящему времени накоплен значительный опыт

■ииериментального изучения данной проблемы путем моделирования в

'Л|>раторных условиях совместной работы конструкций в зданиях при

шаре. Проведен ряд крупномасштабных опытов на натурных фрагмен¬

тах, давших ценную научную информацию. Вместе с тем, проведенные

исследования подтвердили настоятельную необходимость дальнейшего

изучения данной проблемы, т.к. многие важные вопросы, особенно

аналитической оценки огнестойкости зданий, еще не решены. К

дальнейшим направлениям изучения этой проблемы относятся;
экспериментальное моделирование условий совместной работы

конструкций зданий при пожаре;
дальнейшее развитие аналитического метода расчета

температурных усилий и деформаций в условиях совместной работы

конструкций зданий при пожаре;
изучение влияния высокой температуры на упруго-пластические

свойства бетона с целью получения данных для аналитической оценки

огнестойкости конструктивных систем с учетом совместной работы

элементов зданий при пожаре;
разработка научно-обоснованного метода оценки огнестойкости

зданий и сооружений в целом при воздействии реальных пожаров;
экспериментальная проверка метода на натурных фрагментах и

внедрение полученных результатов в практику и нормативные документы.
7.4.4.	Особенности поведения рамных конструкций

в условиях пожара
В настоящее время все большее распространение получает практика

строительства многоэтажных зданий из монолитного железобетона. В

монолитных многоэтажных зданиях рамной конструкции балки, плиты я

колонны имеют большую огнестойкость, чем в сборном железобетоне,

Однако при локальном пожаре в одном помещении взаимодействие

отдельных элементов рам приводит к возникновению дополнительных

усилий в других пролетах рам, которые не подвержены воздействию

пожара. Это наглядно видно из результатов испытания трехпролетной

четырехэтажной рамной конструкции (рис. 7.74,а) [77].
Ригели рамы имели сечение 30x40 см и колонны 30x30 см и

30x45 см. Плиты (толщиной 16 см), ригели, колонны монолитно соединены

между собой. Пожар воспроизводился на 3-м этаже в среднем пролете

рамы (рис. 7.74,а).
В ходе эксперимента было установлено, что в колонне и ригеле при

увеличении температуры в течение 45 мин моменты М( и М2 возрастали, а

затем стали уменьшаться, но были больше, чем моменты до пожара

(рис. 7.74,/). В ригеле крайнего пролета на 4-м этаже момент Mt у средней

опоры увеличился в 2,5 раза, а момент у крайней опоры М3 изменил свой

знак и увеличился в 2,5 раза, (рис. 7.74,2), В крайней колонне 3-го этажа у

опоры момент Ms увеличился в 2 раза, а в средней колонне 1-го этажа у

опоры момент М$уменьшился (рис. 7.74,3). Из опыта видно, что пожар даже

в одном помещении оказывает влияние на перераспределение усилий в

рамной монолитной конструкции.
ЯЯП

мт
LJ-c
I1
К
N
v_>
Рис. 7.74. Испытания на огнестойкость железобетонных рам:

а ^ехпрсметнойчетырехэтажной; б-Г-образной. Изменение моментов: 1 - в средней колонне

ъ. (эднем ригеле третьего этажа; 2 - в крайнем ригеле четвертого этажа; 3 - в крайней и средней

алоннах; 4 - в Г-образной раме после 30 мин огневою воздействия; 5- то же после 50 мин

Обычно площадь пожара ограничена по размеру. Нагретая площадь

плвы перекрытия окружена менее нагретыми зонами плиты около опор.

-Нагретом снизу участке в середине плиты возникают сжимающие

наряжения, которые разгружают нижнюю растянутую арматуру,

тоИшая критическую температуру нагрева арматуры.
При пожаре на 3-м этаже рамной конструкции колонны,

чщдящиеся по осям 1и 4 будут нагреваться меньше, чем колонны по осям
СС 1

отрицательный момент, образовалась широкая трещина (рис, 7.78,6),

превратившая двухпролетную неразрезную балку в две статически

определимые балки. Плита имела предел огнестойкости 54 мин при моменте

на опоре 26 кНм и прогиб 250 мм.
При испытании второй плиты на 20 минуте с начала нагрева на

средней опоре появилась трещина шириной 1 мм. Верхняя арматура на

опоре разорвалась. Двухпролетная статически неопределимая балка

превратилась в две статически определимые. Предел огнестойкости плиты

составил 90 мин при моменте на опоре 39 кНм и прогибе 200 мм (рис. 7.78,8).
При экспериментальном пожаре в здании (рис. 7.78,г) в пролете

была сооружена ненесущая стенка толщиной 1/2 кирпича, которая

воспринимала часть нагрузки от плиты во время пожара. При ненесущей

перегородке предел огнестойкости плиты составил 120 мин, момент на

опоре - 37 кНм, прогиб - 125 мм.
Экспериментальные пожары в здании показали, что на работу

железобетонных плит в здании оказывают влияние заделки на опорах в

несущих стенах и ненесущие кирпичные перегородки под плитамя

перекрытий, которые воспринимают частично нагрузку от плит, уменьшая

при этом их прогиб, при условии, что ненесущая стена нагревается с одной

стороны и препятствует распространению огня в соседнее помещение.
В неразрезных плитах трещины появлялись на верхней не-

нагреваемой поверхности плит там, где обрывалась верхняя арматура,

расположенная над опорами. Трещины служили шарнирами и превращали

статически неопределимые плиты в статически определимые, но с

пролетами значительно меньшими, чем при принятой статической схеме

расчета. Имеющаяся верхняя арматура на опорах смещает места

образования трещин с опор на конец обрыва арматуры.
Ненесущие разделительные стены (перегородки) могут повышать

предел огнестойкости плит лишь в том случае, если они замыкают объем

того помещения, где возник пожар, и прогреваются только с одной сторо¬

ны. Нагрузка, воспринимаемая стенкой, зависит от ее жесткости я

деформативности [77].
55Я

Я. Оценка состояния здания и его конструктивных

жментов после пожара

'Pi.l. Общие положения
Высокая температура в здании или сооружении при пожаре

гкрводит к частичному или полному разрушению строительных

к гструкций. После пожара необходимо оценить состояние конструкций,
*	гоы сделать заключение о возможности и методах их восстановления.

JH заключение выполняется на основании обследования здания и

г. острукций. В помощь организациям и специалистам, проводящим

следования, НИИЖБ разработаны «Рекомендации по обследованию

4([ий и сооружений, поврежденных пожаром» [84].
Сразу после пожара руководителю предприятия, где произошел

wp, необходимо приказом назначить комиссию для предварительного

ч.едования.
В комиссию следует включить: представителя администрации

нприятия (председатель комиссии), инженера-строителя, инженера по

нике безопасности, электрика и специалиста по газовому хозяйству, а

ке целесообразно пригласить представителя пожарной охраны.
Комиссии следует закончить свою работу через 1-2 дня после

lapa до назначения, если необходимо, местной или технической

миссии в соответствии с «Положением о порядке расследования причин

иоий (обрушений зданий, сооружений и конструктивных элементов)»

Ш
I Предварительное обследование проводят с целью:
I выяснения возможности пребывания в здании людей и выполнения

теюлогического процесса, для которого здание предназначено;
выявления, ликвидации или ограждения опасных для людей зон,

шпяостью или сильно разрушенных конструкций;
принятия решения о дальнейших мерах, направленных к полной

лалидации последствий пожара: собственными силами или с приглашением

пр^ставителей научно-исследовательских и проектных организаций для

предения детального обследования и разработки проекта восстановления

'!ий и конструкций;
подготовки предварительных материалов и выполнения работ для

предения детального обследования конструкций (данных, характеризу¬

ющих пожар, мест для устройства подмостей, лестниц, освещения).
Специалисты, которые выполняют детальное обследование

ясегзобетонных конструкций, могут входить в состав технической или

иадной комиссии, расследующей причины пожара и его последствия, или

№1твовать самостоятельно по согласованию с администрацией предприя-

гкцгде произошел пожар.

Детальное обследование железобетонных конструкций выполняют

с целью:
составления и передачи администрации предприятия, где произошел

пожар, заключения о возможности дальнейшей эксплуатации здания,

необходимости и возможности восстановления здания и конструкций;
получения данных для администрации предприятия, где произошел

пожар, о прочности материала конструкций, на которые действовала

высокая температура, об изменении расчетной схемы конструкций, ее

габаритов и размеров.
Специалистам (экспертам), обследующим конструкции, следует

действовать совместно с представителем проектной организации, которая

будет разрабатывать проект восстановления здания и конструкций, а также

желательно участие проектной организации, которая это здание

проектировала и осуществляла авторский надзор при его строительстве.
Эксперту в заключении следует привести необходимые проектной

организации данные для разработки проекта восстановления;
перечень конструкций, которые следует заменить на новые кон¬

струкции, восстановить или усилить;
характеристики прочности бетона и арматуры после пожара,

изменение расчетной схемы, размеров и габаритов конструкции по сра¬

внению с проектными;
рекомендации по методам восстановления и усиления конструк¬

ций;
рекомендации по разбору "завалов'' полностью или частично раз¬

рушенных конструкций;
схемы частично разрушенных конструкций с указанием дефектов

и их характеристик.
При проведении обследований, разработке проекта восстановления

и строительства необходимо соблюдать правила техники безопасности и

пожарной безопасности.
7.5.2.	Предварительное обследование зданий после

пожара
Обследованию подлежат все помещения, в которых произошел

пожар, строительные конструкции этих помещений и здание в целом.
В ходе предварительного обследования комиссия должна составить

таблицу (см. приложение 8) с указанием в ней:
мест расположения обследуемых помещений и их привязку к

планам и разрезам проекта здания;
полностью или частично разрушенных во время пожара кон¬

струкций с краткой характеристикой их разрушения;
возможность нахождения людей в обследованных частях здания, яа

конструкциях и под ними.
560

, В ходе обследования комиссии следует получить следующие

с зрения о пожаре, необходимые для дальнейшего детального обследования

коЬтрукций:
время обнаружения пожара, начала интенсивного горения

1ВДЫШКИ), полной ликвидации пожара;
•	продолжительность интенсивного горения во время пожара (от

к лла интенсивного горения до начала снижения температуры пожара);

средства тушения пожара (вода, пена и т.д.);

место нахождения очага пожара;

максимальную температуру среды во время пожара.
Кроме того, комиссия должна установить места, где необходимо

,^|.ать подмости и освещение для проведения детального обследования.
1 Комиссия составляет акт предварительного обследования

положение 9), который утверждается руководителем предприятия, где

г изошел пожар.
В акте указывают:
краткую характеристику здания;
характеристики температурного режима по данным пожарного

разделения и натурного обследования предметов в помещении, где

мзошел пожар;
место расположения очага пожара;

средства тушения пожара;

аварийные помещения и конструкции;

необходимость приглашения экспертов для детального

следования;
перечень работ, которые необходимо выполнить до прибытия

шортов;
состояние электрической проводки, газовой и водопроводной
«яй.
Руководителю предприятия, где произошел пожар, на основании

а:п предварительного обследования следует издать приказ о принятии

кебходимых мер по технике безопасности при эксплуатации пострадав¬

ши помещений, об их охране, если необходимо, и о назначении ответ-

с-гжных за выполнение этих мероприятий.
Характеристики температурного режима пожара (время
&	эаружения пожара, начало и продолжительность его интенсивного

гш]‘ния, максимальная средняя температура в помещении во время пожара,

мюго нахождения очага пожара и средства тушения пожара) принимают

н асновании акта о пожаре.
Натурные данные о максимальной температуре в помещениях во

рчя пожара комиссия может получить на основании оценки

т<епературы, при которой изменился внешний вид и форма отдельных

п рулетов, оставшихся после пожара (приложение 10) и температуры

плления материалов строительных конструкций (приложение 11).

В том случае, если комиссия не может сделать окончательного

вывода о состоянии конструкций в помещении, где произошел пожар,

необходимо запретить пребывание людей в этом и примыкающем к нему

помещениях до прибытия эксперта. Для этой цели издается специальный

приказ руководителя предприятия, в котором указывается ответственный

за охрану помещения и мероприятия по технике безопасности.
7.5.3.	Последовательность детального обследования

бетонных и железобетонных конструкций после

пожара и предварительные работы
Детальное обследование железобетонных конструкций, выпол¬

няемое экспертом или группой экспертов (в дальнейшем - эксперт),

целесообразно проводить в следующей последовательности:

изучить необходимую документацию;

ознакомиться с пострадавшим объектом;

выполнить обследование конструкций с целью выяснения их

состояния после пожара;
выполнить обследование конструкций, в наибольшей степени

пострадавших от действия высокой температуры во время пожара;
составить и передать администрации предприятия, где произошел

пожар, заключение.
Эксперту, прибывшему на место пожара, прежде всего требуется

ознакомиться со следующей документацией:
актом предварительного обследования здания после пожара;

актом о пожаре, составленном органами МЧС РФ;

проектом здания;
рабочими чертежами конструкций;

актами на скрытые работы.
Желательно ознакомиться и с такой документацией:

пояснительная записка к проекту (расчетные схемы и расчеты

проектные нагрузки и воздействия);
паспорта завода-изготовителя на изделия с указанием даты

изготовления, фактического армирования, вида и отпускной прочности

бетона;
документы на производство строительных работ (журналы, акты,

пояснительная схема монтажа, сведения о дефектах конструкций и т.п.);
материалы по эксплуатации здания (сведения о нагрузках и

воздействиях, журнал техника-смотрителя зданий, данные о причинах

повреждений, сведения о ремонтах и усилениях и т.п.).
Перед началом детального обследования конструкций эксперту

необходимо обойти здание, осмотреть помещения, где произошел пожар, и

ознакомиться с общим состоянием здания после пожара, отмечая трещины,

дефекты и разрушения конструкций снаружи здания; состоянием

помещений, намечая пути детального обследования, необходимые

лАйолнительные работы для его выполнения (устройство лестниц,

гаь.мостей, освещения и меры по технике безопасности, необходимые при

«Следовании).
При детальном обследовании строительных конструкций эксперту

"•(дует отмечать не только дефекты и разрушения конструкций, которые

4яются следствием пожара, но и любые несоответствия конструкций

•любованиям ГОСТ и СНиП. Последнее может служить также причиной

^чления этих конструкций или замены их на новые.
Ъ.4. Определение состояния железобетонных

инструкций
Конструкции, получившие дефекты и повреждения, по несущей

с:кобности и эксплуатационным свойствам могут быть отнесены к одному

^следующих состояний в соответствии с «Методическими рекоменда¬

ции по классификации дефектов и повреждений в несущих

лезобетонных конструкциях промышленных зданий» [86):
состояние I — нормальное. Усилия в элементах и сечениях не

гвышают допустимых по расчету. Дефекты и повреждения, препят-

1ующие нормальной эксплуатации или снижающие несущую способ-

<ть или долговечность, отсутствуют:
состояние II - удовлетворительное. По несущей способности и

> швиям эксплуатации соответствует состоянию I. Имеются дефекты и

гЯреждения, которые могут снизить долговечность конструкции.

Н>бходимы мероприятия по защите конструкции;
состояние III - непригодное к нормальной эксплуатации.

Инструкция перегружена или имеются дефекты и повреждения,

с|детельствующие о снижении ее несущей способности. Однако на

ссовании поверочных расчетов и анализа повреждения можно

гаантировать ее сохранность на период усиления (в необходимых случаях

сазгрузкой, установкой страховочных опор или принятием других мер

бюпасности);
состояние IV — аварийное. То же, что и при состоянии III, однако,

косновании поверочных расчетов и анализа дефектов и повреждений

ьЧьзя гарантировать сохранность конструкций на период усиления,

ссбенно, если возможен хрупкий характер разрушения. Необходимо

ввести людей из зоны возможного обрушения, произвести немедленную

рггрузку, устройство страховочных опор, ограждений и других мер

(^опасности.
Эксперту необходимо обследовать все железобетонные конструк-

щ| здания, где произошел пожар, пользуясь схемой классификации

таезобетонных конструкций по их состоянию после пожара

(Иложение 12).
Окончательные выводы о состоянии конструкции делают после

амиза совокупности всех факторов.
Э«>473	563

При оценке состояния конструкции следует обратить особое

внимание на возможность наличия скрытых трещин в вертикальные

стенках между отверстиями многопустотных плит перекрытий.

Обнаруживаются эти трещины по их выходу на нижнюю поверхность

бетонной плиты в виде трещины и простукиванием стенок через нижнюю

поверхность и сравниванием звука: звонкий - нет трещин в ребре, глухой
-	есть. В последнем случае необходима проверка на одной-двух плитах

разбивкой бетона у трещины на поверхности плиты, осмотром стенки

между отверстиями.
Если конструкция относится к состоянию III, то необходимо ее

детальное дополнительное обследование.
Следует указать, что для конструкций четвертого состояния

характерным является наличие остаточных прогибов, превышающих в 10

раз и более допустимые, приведенные в действующих нормах

проектирования железобетонных конструкций (порядка 1/20-1/50 пролета),

с образованием в растянутой зоне трещин с шириной раскрытия 10-15 мм

или с признаками разрушения сжатой зоны.
Для предупреждения дальнейшего нарастания деформации и

обрушения под аварийные конструкции устанавливают временные

крепления. Тип временных страховочных креплений выбирают, исходя из

результатов обследования, или согласно рекомендациям [84].
7.5.5.	Обследование наиболее пострадавших от пожара

железобетонных конструкций
Обследование целесообразно выполнять в следующей последова¬

тельности:
оценить параметры пожара (максимальную температуру среды в

помещении во время пожара, фактическую и эквивалентную длительность

интенсивного горения во время пожара);
определить максимальную температуру нагрева бетона и арматуры

во время пожара.
Оценка параметров пожара, определение максимальной температу¬

ры нагрева бетона и арматуры может быть выполнено следующим

образом[46]:
определить по чертежам проекта площадь горизонтальных А, и

вертикальных А2 проемов (окна, двери, ворота) помещения;
определить площадь поверхности ограждений А3;
найти среднюю высоту вертикальных проемов Н;
вычислить значение коэффициента проемности К, для вертикаль¬

ных проемов по формуле
(7.91)

вычислить значение коэффициента К, по формуле
К-, =
А-, -J~H ’
(7.92)
^ Н, - средневзвешенное расстояние от плоскости горизонтальных

. 1[емов до середины вертикальных проемов;
К,
0
0.5
1
1,5
/2
I
2,1
3,2
4,6
найти значение коэффициента /2 в зависимости от А'г

определить значение коэффициента /, из таблицы 7.6.
Таблица 7.6
Материал ограждений
Значение коэффициента f\, равного при
А24н/лг
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
Тяжелый бетон
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
Легкий бетон
3
3
3
3
3
2.5
Тяжелый бетон (50%) и легкий

бетон (50%)
1,35
1,35
1,35
1,50
1,55
1,65
То же (33%) и (50%), атакже (17%)

трехслойных конструкций

(гипсовая плитка, минераловата,

кирпич)
1,65
1,50
1,35
1,50
1,75
2,0
Стальной лист (80%) и бетон (20%)
0,75
0.75
0,65
0,6
0,6
0,6
Бетон (20%) в двухслойной

гипсовой панели с воздушной

прослойкой
1,5
1,45
1,35
1,25
1,25
1,05
Стальной лист - минеральная вата

100 мм - стальной лист
3
3
3
3
3
2.5
определить значение приведенного коэффициента проемности по

фомуле
Kp=fif2^',	(7.93)
по таблицам 1-4 приложения 13 найти значение пожарной нагруз¬

ку
вычислить приведенную пожарную нагрузку по формуле
4np=f\4\	(7.94)
по графикам рис. 1-6 приложения 14 найти зависимость темпера-

гты в помещении от времени т г определить максимальную температуру в

помещении во время пожара /гаах , фактическое время продолжительности
интенсивного горения пожара Хф .
От фактической длительности интенсивного горения при пожаре

Тф (или т,) следует перейти к эквивалентной длительности горения при
пожаре хз ■ Эквивалентная длительность интенсивного горения при пожаре
необходима для оценки его воздействия на конструкцию в том случае, если

бы температура пожара во времени изменялась бы по стандартной кривой

(табл. 7.7).
Г, ч мин
t, С
Г, ч ыкк
l’C
Г, ч - мкк
Г, ?С
0-05
556
0-55
910
2-45
1075
0-10
659
1-00
925
3-00
1090
0*15
718
1-10
950
3-15
1100
0*20
750
1-20
970
3-30
1115
0-25
790
1-30
986
3-45
1120
0-30
821
1-40
1005
4-00
1128
0-35
824
1-50
1015
4-15
1135
0*40
865
2-00
1029
4-30
1147
0-45
885
2-15
1045
4-45
1154
0-50
895
2*30
1065
5-00
1160
Это позволяет определить с помощью простых графиков

распределения температуры по сечению конструкций во время пожара и

сравнить фактические данные по пределам огнестойкости конструкций с

нормативными.
Фактическое время продолжительности интенсивного горения при

пожаре Тф следует сравнивать с временем интенсивного горения Tj,
зафиксированном в акте предварительного обследования (от начала

интенсивного горения до начала снижения температуры при пожаре),
Эквивалентную длительность интенсивного горения при пожаре тз
следует определять графически или аналитически из равенства

площадей(приложение 15)
Аф=Лст-	(7.95)
где Аф - площадь на графике под кривой зависимости средней температуры
в помещении рассматриваемого пожара от времени, ограниченной Тф
Асг - площадь на графике под кривой зависимости температуры в

помещении, развивающейся по стандартной кривой пожара, от времени,
ограниченной тэ [44].
566

Определить тз из равенства (7.95) можно только в том случае, если

ыксимальная температура в помещении рассматриваемого пожара

тичается от максимальной температуры «стандартного» пожара не более
чина + 100 °С. В других случаях тз определяют из графика, приведенного

«риложении 16 [44].
По графикам рис. 1-15 приложения 17 в зависимости от вида

кнструкции (колонна, балка, плита), вида бетона (тяжелый, легкий),

р)меров и формы поперечного сечения конструкции, характера ее нагрева

(Кносторонний, трехсторонний, четырехсторонний нагрев), времени
нгрева тэ необходимо определить распределение температур по
иперечному сечению железобетонных конструкций.
За время нагрева конструкции принимают эквивалентное время
вгенсивного горения при пожаре т.
За максимальную температуру нагрева арматуры принимают

ииературу в центре ее сечения.
За максимальную температуру бетона принимают максимальную

чпературу нагрева поверхности железобетонной конструкции.
Максимальную температуру бетона во время пожара можно

феделять и опытным путем, исследуя образцы бетона, взятые из

(лезобетонных конструкций на месте пожара.
Образцы бетона — это куски бетона массой 100-200 г, отколотые от

азерхности слоев (2-3 см), железобетонной конструкции.
Для исследования могут быть использованы следующие методы [87]:
термолюминисцентный;
ртутной пирометрии или сорбционный;
термогравиметрический.	Таблица 7.8
J !^вет бетона
Максимальная темпера¬

тура нагрева бетона, ‘’С
Возможные дополнительные дефекты
1£>рмальный
300
Нет
1
{)>зовый до

1 ьасного
300-600
Начиная с ЗООаС — поверхностные трещи¬

ны, с 500°С — глубокие трещины, с 572°С —

раскол или выкол заполнителей, содержа¬

щих кварц
|зровато-
1'рноватый
темно-
;алтого
600-950
700-800°С — отколы бетона, обнажающие в

ряде случаев арматуру, 900вС — диссоции¬

рованный известняковый заполнитель и

цементный дегидратированный камень сы¬

плются, крошатся
1 .»мно-жел-
Чй
Более 950
Много трещин, отделение крупного запол¬

нителя от растворной част
] Значение максимальных температур нагрева бетона можно опреде-

.лгь также по цвету бетона и некоторым физико-химическим дефектам.
567

По температуре нагрева бетона можно определить значение

максимальной температуры арматуры, принимая температуру арматуры

равной температуре бетона у поверхности арматуры со стороны

воздействия высокой температуры на конструкцию.
Изменение прочности бетона при сжатии после пожара можно

оценить, зная значения максимальных температур его нагрева, вид бетона,

условия его твердения (см. табл. 7.9).	Таблица 7Q
Вид бетона и условия твердения
Снижение прочности бетона

максимальной температу
после пожара, %, при

ре его нагрева, "С
60
120
150
200
300
400
500
Тяжелый с гранитным заполни¬

телем, естественное
30
30
30
30
40
60
70
То же, тепловлажностная обра¬

ботка
15
20
20
20
20
30
45
То же, с известняковым заполни¬

телем
15
20
20
25
25
40
60
Легкий с керамзитовым заполни¬

телем, тепловлажностная обра¬

ботка
10
10
10
10
10
15
20
Примечания к табл. 7.9.
1.В	таблице указано, на сколько процентов снижается прочность

бетона после пожара по сравнению с прочностью бетона до пожара.
2.Прочность	бетона после его нагрева до температур ниже 60°С

принимается равной ее значению до пожара.
3.После	нагрева до температур выше 500°С значения бетона

принимаются равными нулю.
4.Промежуточные	значения снижения прочности бетона

устанавливаются линейной интерполяцией.	)
Изменение прочности арматуры после пожара можно оценить по

максимальной температуре ее нагрева, положению арматуры в конструк¬

ции, классу арматуры и ее предварительного напряжения (см. табл.7.10).
Таблица 7.10
Положение арматуры в конст¬

рукции, наличие предвари¬

тельного напряжения
Класс арматуры
Снижение прочности арматуры

после пожара, %, при максималь¬

ной температуре ее нагрева, °С
300
400
500
За пределами зоны анхеровкн
А-I, А-Н, А-Ш,
Нет
Нет
Нет
независимо от преднапряже-
A-IV, A-V, А-VI,
Нет
5
10
ння
Ат-IV, At-V, At-V1,B-U,
Нет-
10
20
Вр-П, К7
Нет
30
60
В зоне анкеровкн арматуры,
А-Н, А-Ш, A-IV,
ненапрягаемой
A-V,At-U1,At-IV,
20
40
At-V
A-IV, Ат-IV,
25
50
То же, предварительно-
Ат-V, A-V,
30
60
A-IV, At-VI,
35
70
напряженнои
Bp-II, K7,
45
90
B-II
60
5Б!Г

Примечания к табл. 7.10.
1.В	таблице указано, на сколько процентов снижается прочность

аратуры после пожара по сравнению с прочностью арматуры до пожара.
2.Прочность	арматуры (за исключением класса В-Н) после нагрева

дн-емпературы выше 500°С принимается равной нулю, для класса В-ll это
1чение принимается после температуры нагрева выше 400°С.
3.Промежуточные	значения снижения прочности арматуры

чганавливаются линейной интерполяцией.
Прочность бетона и арматуры можно также определить на

осовании физико-механических испытаний образцов бетона и арматуры,

в:тых непосредственно из железобетонной конструкции. Количество

о(|азцов от одной конструкции должно составлять: для бетона - не менее

л:для арматуры не менее 2.
Отбор образцов из бетона производится выпиливанием или
ч	ьерливанием; из арматуры — выпиливанием или вырезанием с помощью

I )лородно-ацетиленовой горелки.
Образцы бетона могут быть в виде кубиков или цилиндров с

«меньшим размером по длине id, где d — максимальный диаметр

гпного заполнителя в бетоне. Образцы арматуры должны иметь длину не
«ее 25ds , где ds — диаметр арматуры.
Определение прочности бетона и арматуры выполняют в

гтветствии с ГОСТ 12004-81 с изм. "Сталь арматурная. Методы

нсытаний на растяжение", ГОСТ 18105-80 "Бетоны. Правила контроля

пучности. Основные положения" и ГОСТ 10180-78 с изм, "Бетоны. Методы

отделения прочности на сжатие и растяжение в лаборатории физико-

мсанических испытаний...".
Результаты определения прочности бетона будут характеризовать

тпько среднюю прочность бетона на толщине конструкции, из которой

сибраны образцы.
Места отбора проб из конструкции, их общее количество

сюеделяет эксперт.
Для определения прочности поверхностного слоя конструкции

«кет быть использован метод пластической деформации с

иользованием эталонного молотка Н.П.Кашкарова (ГОСТ 22690.2-77) или

алогичные методы (молотка Физделя И.А. и др.).
Допускается ориентировочно оценивать прочность бетона по

садам, оставленным на зачищенной и выровненной поверхности

инструкции от удара средней силы слесарным молотком массой 600-700 г

пибетону или зубилу, установленному заостренным концом перпендику-

иино поверхности бетона. Прочность бетона оценивается по характерис-

ие оставленного следа на бетоне после десяти ударов (табл. 7.11).
SfiQ

Таблица 7.1!
Характеристика следа от

удара мо\отком по по¬

верхности конструкции
Характеристика следа от удара по зубилу,

установленному острием на бетон поверх¬

ности конструкции
Примерная

прснность

бетона, МПа
На поверхности бетона

остается слабо заметньй

след, при ударе по ребру

откалывается тснкая ле-

шадка
Неглубокий след, лешздки не

откалываются
Более X
На поверхности бетона

остается заметный след,

вокруг которого могут

откалываться тонкие ле-

щадки
От поверхности бетою откалываются

тонкие леиэдки
20-10
Остается глубокий след
Зубило забивается в бетон га глуСину

более 5 мм
Менее 7
Дефектность структуры бетона можно оценивать и визуально по

количеству трещин, длине и ширине их раскрытия, простукиванием

молотком по поверхности конструкций, по скорости распространения

ультразвуковых колебаний (УЗК) в бетоне.
Ширину раскрытия трещин рекомендуется замерять в месте

максимального раскрытия, а там где возможно, и на уровне растянутой

арматуры с помощью оптической лупы (с 4-х и более кратным увеличе¬

нием) или микроскопа МПВ-2, имеющего 24-кратное увеличение.
Глубину трещин можно определить с помощью игл и тонких

проволочных щупов, а также ультразвуковым импульсным методом в

соответствии с «Указаниями по определению ультразвуковым импульсным

методом границ и глубины распространения трещин (ВС 11-49-71)».
При простукивании конструкции следует обратить внимание на

звук: неплотный бетон издает глухой звук, при наличии отслоений -

дребезжащий, при плотном бетоне звук звонкий.
По изменению скорости ультразвуковых колебаний (УЗК) в бетоне

после его нагрева можно также сделать вывод о температуре нагрева

поверхности (2-3 см) слоев конструкции и соответственно о прочности

бетона, что видно из таблицы 7.12.
Таблица 7.12
Относительное

изменение УЗК
1
0,9
0,8
0,7
0,5
0,4
0,2
Температура

нагрева бетона, °С
20
120
200
300
400
500
600
570

I
Рис 7.79. Характер повреждения огнем колонны

несущего каркаса;
1 - поверхностные трещины шириной 0,5-15 мм;
2* выкрашивание разрушенного бетона;
3	- отслоение защитного слоя бетона; 4 ■ участок

перекаленного бетона белого цвета;
5	- продольные трещины в защитном слое бетона

от температурного расширения арматуры;
6 - сквозные трещины шириной 2-8 мм;
7	- остаточный прогиб колонны вследствие

температурной деформации ригеля; 8- выпу¬

чивание и перегрев продольной арматуры
Рис. 7.80. Характер повреждения огнем подстропильной балки:
1 - отслоение защитного слоя бетона и обнажение арматуры; 2- продольные трещины

шириной 0,3-Ог5 мм и глубиной 30 мм; 3 • поверхностные температурно-усадочные трещины

шириной 0,1 -0,3 мм; 4 - разрушение бетона опорной части балки
572

Для оценки дефектности конструкции составляют ее схему с
з	пасовкой трещин, отколов бетона и других дефектов. Указывают

р'амеры дефектов. Примеры оценки дефектности представлены на

_р* 7.79-7.81.
!с. 7.81. Примеры образования

;щин и повреждений сгг огневого

воздействия в элементах

елезобетонных конструкций:

а - прогонов, балок, ригелей;

бгалонн, стоек, элементов ферм;
31 ■' Юрисшх плит покрытий и пере-

^ьггий (вид со стороны ребер,

сйрев снизу); J-8-различныевиды

трещин
Вследствие возможного взрывообразного разрушения бетона могут

5|,зовываться сквозные рваные отверстия в тонкостенных элементах,

'ОПиение лещадок бетона I (рис. 7.81) площадью до 200 см2 на глубину

Q-j мм с поверхности массивных элементов.
Широко раскрытые трещины 2, расположенные в пролете

[згбаемых элементов, свидетельствуют о снижении прочности рабочей

р*туры или потере предварительных напряжений в ней.
Беспорядочные температурно-усадочные трещины 3 и 4 возникают

:а.юверхности бетона, поврежденного под воздействием высокой

еаературы или пламени.
Продольные сквозные трещины 5 вблизи углов конструкций

виотся признаком отслоения защитного слоя бетона.

Продольные сквозные трещины 6 в середине сечения конструкции

пронизывают защитный слой и являются следствием поперечного

расширения среднего арматурного стержня.
Глубокие (иногда сквозные) трещины 7 на стыке двух частей

свидетельствуют о значительных температурных перемещениях элементов

покрытия, об аварийном состоянии надкрановых частей колонн после

пожара. Трещины 8 в стыке ребер плиты с ее полкой возникают от

разности температурных напряжений в сечениях элементов.
Для измерения прогибов и перекоса конструкций применяют

геодезические инструменты (нивелир, теодолит и др.).
Состояние конструкций указывает на расположение очага пожара.

Сильно разрушенные конструкции (конструкции состояния IV) находятся

в помещении или над полом в здании, где было наиболее интенсивное

горение во время пожара, его наибольшая длительность и высокая

температура. В этом случае температура в помещении была не менее 900"С,

а длительность пожара — не менее 0,75 часа.
Неразрушенные конструкции, практически без дефектов

(состояния I, II) находятся в зонах, где пожар был менее интенсивный. В

этом случае температура в помещении была не выше 500°С.
7.5.6.	Заключение о пригодности к дальнейшей

эксплуатации бетонных и железобетонных

конструкций после пожара
Результатом работы эксперта после обследования здания, где

произошел пожар, и конструкций, на которые действовала высокая

температура во время пожара, является заключение.
Заключение должно содержать весь материал, необходимый

руководителю предприятия и проектной организации для восстановления

или ликвидации разрушенного пожаром здания, а также восстановления

конструкций, пострадавших от пожара.
В заключении должны быть сделаны четкие выводы о каждой

конструкции и о здании в целом.
Заключение подписывается экспертом, при необходимости, по

требованию заказчика, может быть согласовано с администрацией

предприятия, где произошел пожар, и представителем проектной

организации. Заключение утверждается руководителем предприятия, где

работает эксперт.
Заключение должно включать следующее:

сведения о пожаре (время возникновения пожара, его длитель¬

ность; время интенсивного горения при пожаре, т.е. от начала

интенсивного горения до достижения максимальной температуры

пожара; причина пожара; место расположения очага пожара;

значение максимальной температуры в помещении во время

пожара);

сведения о средствах тушения пожара (вода, пена и т.д.)

характеристику здания (наименование, год постройки, размеры в

плане, этажность, количество помещений и их краткая

характеристика, конструктивная схема);
характеристику конструкций (размеры, материал конструкции,

его проектные характеристики, схема работы конструкции, номер

и название типовых чертежей);
значение температуры нагрева бетона и арматуры конструкций

(максимальная температура нагрева арматуры и бетона,

длительность нагрева);
распределение температур по поперечному сечению конструкции;

характеристику бетона и арматуры после нагрева (их прочность,

наличие трещин и т.д.);
характеристику конструкции после пожара (прогибы, длина и

ширина раскрытия трещин, опирание, стыки и т.д.);
несущую способность конструкции после пожара (указывается в

случае необходимости по просьбе руководителя предприятия, где

произошел пожар);

изменение расчетной схемы здания и конструкций после пожара;

перечень конструкций, непригодных к дальнейшей эксплуатации;

пригодных, но требующих усиления или уменьшения действующих

на них в процессе эксплуатации нагрузок; конструкций, для

которых необходимо сделать небольшой ремонт по восстановлению

и замене части бетона и арматуры; конструкций, пригодных к

эксплуатации без усиления и ремонта;
перечень помещений, в которых до восстановления или разборки

конструкций не должны находиться люди;
рекомендации по технике безопасности и противопожарной

технике.
Несущую способность, прогибы и трещиностойкость конструкций

пиле пожара целесообразно определять в процессе разработки проекта

во(тановления здания и конструкций.
Общая форма заключения приведена в приложении 14.
17. Оценка несущей способности прогибов

и юещиностойкости железобетонных конструкций

пгсле пожара
Для определения несущей способности, прогибов и трещино-

гтакости железобетонных конструкций следует использовать общие

:фнципы расчета, изложенные в [72]. Но при этом необходимо учитывать

извнение свойств бетона и арматуры после пожара введением

\о|1лнительных коэффициентов условий работы материалов.
Значение этих дополнительных коэффициентов зависят от класса

фптуры, вида бетона и условий его твердения, от температуры нагрева

РАЗДЕЛ 8. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБУЕМЫХ

ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ
8.1.	Основные положения к обоснованию величин

требуемых пределов огнестойкости конструкций
Как следует из условия 3.2, строительная конструкция по огнестой¬

кости удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, если ее факти¬

ческий предел огнестойкости Пф не менее требуемого предела огнестойко¬

сти П . Исследованиям и обоснованиям фактических пределов огнестойко¬

сти различных строительных конструкций посвящены многочисленные ра¬

боты отечественных и зарубежных ученых и испытателей. Поэтому фак¬

тические пределы огнестойкости строительных конструкций в настоящее

время достаточно обоснованы и успешно используются в строительной

практике.
Требуемые же пределы огнестойкости строительных конструкций

принимаются на основе опыта проектирования и могут быть определены по

таблице 1 СНиП 2.01.02-85' «Противопожарные нормы» [3] или таблице 4

СНиП 21-01-97" «Пожарная безопасность зданий и сооружений» [4]. При

этом следует учитывать, что в ряде случаев в первую очередь при опреде¬

лении Пгр нужно пользоваться требованиями специализированных норм.

Анализ нормативных требований показывает, что при каждом изменении

нормативных документов величины требуемых пределов огнестойкости

конструкций, как правило, уменьшались.
Нормируемые числовые значения требуемых пределов огнестойко¬

сти конструкций лишь косвенно зависят от факторов, определяющих тем¬

пературный режим и продолжительность возможного пожара. Они не в

полной мере учитывают наличие и эффективность стационарных средств

пожаротушения, совсем не учитывают время прибытия и возможность опе¬

ративных пожарных подразделений. Эти цифры недостаточно полно учи¬

тывают важность каждой конструкции в обеспечении устойчивости зда¬

ния, величину пожарной нагрузки, фактическую площадь горения, вид го¬

рючего материала, возможное отличие реального режима пожара от «стан¬

дартного».
Следовательно, традиционно сложившийся в нашей стране и в боль¬

шинстве зарубежных стран подход к определению и нормированию требу¬

емых пределов огнестойкости строительных конструкций перестает удов¬

летворять современным требованиям пожарной безопасности и экономи¬

ческой эффективности. Численные значения требуемых пределов огнестой¬

кости конструкций, заложенные в СНиП, недостаточно научно обоснова¬

ны. Поэтому предлагается требуемые пределы огнестойкости строительных

конструкций обосновывать расчетным методом, который бы устранял от¬

меченные недостатки в нормативном определении П .
588

В основу методики расчета требуемых пределов огнестойкости кон-

грукций представляется целесообразным заложить принцип, впервые

йюрмулированный профессором В.И.Мурашовым [6]. Суть принципа со-

1'оит в прямой зависимости требуемого предела огнестойкости строитель-

1>й конструкции от продолжительности возможного пожара т
П г К т .	(8.1)
тр 0 пож
ie К0 - коэффициент огнестойкости.
12. Коэффициент огнестойкости
В условии безопасности (8.1) К0 является, по существу, коэффици-

1том запаса и должен гарантировать надежность сохранения

[нструкцией своих рабочих функций в течение определенной части либо

1ей продолжительности пожара, а для основных несущих конструкций

рантировать возможность продолжения эксплуатации и после окончания

[жара. При назначении коэффициента К0 предусматривается

(обходимость учета ряда факторов: назначение здания, требуемая его

:епень огнестойкости, долговечность (капитальность) здания,

сецифические условия работы конструктивных элементов при пожаре и

сепень их влияния на общую устойчивость здания, вид и количество

[рючего материала в здании, величина пожарной нагрузки.
При обосновании величины коэффициента огнестойкости в первую

середь следует учитывать, что степень влияния различных конструкций
8	общую устойчивость здания при пожаре неодинакова. Например, наступ-

лние предела огнестойкости колонн может привести к разрушению всего

нния, наступление предела огнестойкости перекрытия приведет к нару-

шнию связи и распространению огня между двумя этажами, а наступление

педела огнестойкости перегородок приведет к местным (сравнительно нео-

ссным) разрушениям и распространению пожара в смежные помещения.
Анализ отмененных и действующих противопожарпых норм (СНиП

ЕА.5-62, СНиП II-A.5-70, СНиП П-А.5-80, СНиП 2.01.02-85', СНиП 21-01-97')

взволяет в первом приближении установить значения коэффициента огне-

ойкости К0 в зависимости от степени огнестойкости здания и вида стро-

нельных конструкций. Предлагаемые значения /С0 приведены в табл. 8.1.
В настоящее время еще нельзя говорить о достаточности накоплен-

их данных, необходимых для назначения и обоснования коэффициента

очестойкости. Поэтому еще предстоит значительная научно-исследова-

!\ьская работа по анализу поведения строительных конструкций под воз-

дйствием высоких температур, после чего можно будет дать более точные

ззчения коэффициентов огнестойкости строительных конструкций.

Таблица 8.1
Рекомендуемые значения коэффициента огнестойкости
Сте¬
пень
огне¬
стойко¬
сти
эдання
Строительные конструкции здания
Несущие
элемен¬
ты
(стены,
колон¬
ны,
балки
каркаса)
Перего¬

родки и

наруж¬

ные

иенесу-

щие

стены
Несущие
элемен¬
ты
пере¬
крытий
Несущие
элемен¬
ты
покры¬
тий
Стены
лест¬
ничных
клеток
Марши

и пло¬

щадки

лестниц
Проти¬

вопо¬

жарные

стены I

типа
Противо¬

пожарные

стены И

типа
I
2,0
0.5
1,0
0.5
2,0
1,0
2,5
0,75
II
1,5
0,4
0,75
0,4
1,5
0,9
2,5
0,75
III
0,75
0.3
0,5
0,3
1,0
0,75
2,5
0,75
IV
0,25
0,25
0,25
0.25
0,75
0,25
2,5
0,75
V
не нормируется
2,5
0,75
8.3.	Продолжительность пожара
Оценка продолжительности пожара t имеет существенное значе¬

ние для расчета требуемых пределов огнестойкости строительных конст¬

рукций. Целесообразно рассмотреть три случая определения продолжи¬

тельности горения при пожаре:
при свободном горении, когда на пожаре не вводятся силы и сред¬

ства для его тушения;
с учетом тушения пожара как пожарными автомобилями, так и ав¬

томатическими установками пожаротушения;
с учетом приведения продолжительности реального пожара к про¬

должительности пожара, развивающегося по стандартному режиму.
8.3.1.	Продолжительность пожара при свободном

горении
Данные о расчетной продолжительности свободного горения на по¬

жаре представляют большой практический и теоретический интерес.
Во-первых, продолжительность свободного горения на пожаре явля¬

ется одним из показателей потенциальной пожарной опасности, оценив ко¬

торую можно принять соответствующие меры для усиления конструкций

или для увеличения в количественном и качественном отношении средств

тушения. Средства тушения используются в данном случае для ликвидации

горения в начальной стадии его возникновения или для уменьшения расчет¬

ной продолжительности горения и снижения температуры до значений бе¬

зопасных для прочности конструкций. Выбор одного из указанных реше¬

ний зависит от технико-экономических показателей.
Во-вторых, могут быть здания с конструкциями, предел огнестойко¬

сти которых должен быть заведомо больше расчетной продолжительности

горения на пожаре. Это уникальные здания, в которых не допускается риск

.«П

..рушения конструкций при пожарах или авариях, создаются особые труд-

рсти по тушению пожара из-за отсутствия надлежащих средств тушения

1и их недостаточности, или в силу каких-либо специфических условий. К

клу таких зданий следует, например, отнести здания повышенной этаж-

1’Сти с числом этажей 16 и более, подземные многоэтажные здания и со-

С'ужения, современные культурно-зрелищные учреждения с трансформи-

(емыми конструкциями и меняющейся внутренней планировкой и др.
Для обоснования возможной продолжительности пожара введем по-

1тие удельной теплоты пожара цтж(Вт/м2), то есть количества теплоты,

«торая выделяется с единицы поверхности горения в единицу времени
Я =Zfi V Q .	(3 2)
НОЖ	С М Н
П Vы - массовая скорость выгорания веществ, кг/м2мин;
1	коэффициент неполноты сгорания (коэффициент недожога);
(1- коэффициент изменения массовой скорости горения;

й- низшая теплота сгорания веществ на пожаре, кДж/кг.
■	Расчетная продолжительность свободного горения на пожаре мо-

Гг быть найдена из уравнения теплового баланса:
q F z =WpQ,	(8.3)
пож гор пож	н	v '
й! Fwp ■ площадь горения, м2;
L - продолжительность горения на пожаре, мин;
объем горючих веществ, м3;

лплотность горючих веществ, кг/м3.
Левая часть уравнения (8.3) представляет собой общее количество

илоты, которое выделится за время горения на пожаре, правая часть -

шлосодержание горючих веществ.
WpQ
(8.4)
пож q f
пож гор
Обозначив
(8.Л)
гор
в N-удельная загрузка пола помещения горючими материалами, кг/м2.

Подставив значение qmM из формулы (8.2) в формулу (8.4), получим
Тпож ” zp V	^8'6*
С М
, Формула (8.6) годится для определения продолжительности пожара при

йбодном горении веществ, если пожар не тушится и временем распространения пожара

Окончание табл. 1
Средняя по¬

жарная на¬

грузка,

МДж/м2
Назначение помещения
168
Производство автомобильных кузовов, самолетов, мотоциклов, метал¬

лургическое, гальванопластическое, шарикоподшипников, изделий из

листового железа, вагонов, оборудования для телефонных станций,

сантехнического оборудования, химических удобрений, оптических

приборов, изделий точной механики металлоизделий, инструмента,

изделий из стекла, керамическое, офортов (на стекле), кухонных пли¬

ток, фарфора, гончарное н керамическое, художественных изделий из

керамики, военных изделий из керамики, ювелирное, игрушек (несго¬

раемых), медикаментов, столовых приборов, мыла, хлебопекарное

(печи), хрустящего картофеля, сыроваренное, сгущенного молока,

порошкового молока, сидра (включая склад тары).
Сборочный цех авиационного завода. Механический цех. Слесарная

мастерская. Токарная мастерская. Винокуренный завод (горючие ма¬

териалы). Молочный завод. Стенд для испытания электроаппаратуры.

Ювелирная мастерская. Закусочная (жареные изделия). Лаборатории:

бактериологическая, металлургическая, рентгеновская, физическая,

электрическая. Шпатлевка металла Металлообработка. Шлифовка

дерева. Прессование черепицы. Лакировка мебели. Обработка искус¬

ственного шелка. Аппретирование тканей.
Обработка металла фрезерованием алюминия, стекла.
Окраска автомобилей, машин и пр.
Отправка жестяных изделий.
84
Производство кислот, листового железа, алюминия, цемента и изделий

из него, чугуна, кузнечное, станкостроительное, глины, черепичной

глины, древесных плит, волочильное, стекольное, жестяное, несгорае¬

мых шкафов, металлических ящиков, ламп, никелирования, часовое

(заготовки), зеркал, искусственных драгоценных камней, пишевого

льда, уксуса, специй, безалкогольных напитков.
Стенд для испытания машин. Телефонная станция.
Лакировочное оборудование. Бытовые помещения.
Лощение бумаги. Пивоваренный завод. Винокуренный завод. Винные

погреба. Шлифовка металла.
Сварка металла. Обработка камня.
Таблица 2
Пожарная нагрузка в складских помещениях
Средняя пожарная

нагрузка, МДж/м^
Материал, который хранится на складе
26560
Каучук сырой
25200
Мешки из синтетических материалов
18900
Масла смазочные. Жир пищевой Масло пищевое и техническое

в бочках
13860
1
Мука, зернов насыпанном состоянии.

Мешки бумажные
j 9350

*
Уголь. Бумага в рулонах (укладка по горизонтали).

Продукция печатная в поддонах. Молоко-порошок.

Мука в мешках. Сахар.

Продолжение табл. 2
Средняя пожар¬

ная нагрузка,

МДж/м2
Материал, который хранится на складе
5760
Газ сжиженный в бутылках. Материалы синтетические (сырье).
Смола синтетическая в бочках. Балки и элементы перекрытий (деревян¬

ные). Элементы покрытия для полов из органических материалов. Двери

из синтетического материала. Плиты древесные. Лесоматериал неошгу-

ренный. Фанера. Картон листовой в штъбелж. Изделия резиновые. Воск

для натирки полов. Зерновые а мешках. Патока в бочках. Масло сливоч¬

ное.
2940
Смола синтетическая в плитках. Растворители. Лаки очищенные. Лаки

(сырье). Гудрон. Асфальт в бочках. Картон гидроннрованный (толь). Рези¬

на пористая в блоках. Краска полиграфическая в бочках. Целулоид, Воск.

Изделия из воска. Клеи. Материалы для чистки обуви. Предметы ухода за

обувью. Отходы текстильной промышленности (тряпки, лоскуты и пр.).

Дрова. Фанера, стружка деревянная. Отходы древесные. Книги. Макулату¬

ра бумажная в тюках. Корма и фураж Продукты пищевые.
Кофе сырой (необжаренный). Шоколад. Сыр. Изделия табачные
1470
Аккумуляторы. Банки аккумуляторные из синтетического материала. Ма¬

териалы синтетические вспененные. Издения из синтетического материа¬

ла. Бочки из синтетического материала пустые. Нитроцеллюлоза влажная в

бочках. Краска полиграфическая в бидонах. Лаки в бидонах. Мастики и

замазки. Вещества химические (смеси). Резина автомобильная. Резина

пористая в рулонах. Поролон в рулонах.
Материалы строительные. Двери деревянные.
Изделия деревянные. Мебель различная.
Бочки деревянные пустые. Поддоны деревянные

Формы для производства обуви.
Игрушки. Картой гофрированный.
Оборудование и принадлежности конторские. Продукция печатная на

стеллажах. Материал упаковочный. Изделия писчебумажные. Изделия из

бумаги. Документация (архивная).
Пробка. Пробковые изделия. Пенька. Джут.
Волокно растительное. Волокно кокосовое. Хлопок в тюках. Лен. Нить

текстильная. Изделия текстильные (тканные). Ткань. Полотно льняное.

Отходы текстильные. Тряпье, лоскуты. Материалы перевязочные. Изделия

веревочные. Шпагат упаковочный. Вата. Солома. Сено в связях. Изделия

меховые. Одежда меховая. Изделия ковровые. Изделия трикотажные. Тка¬

ни шелковые. Шелк искусственный. Кожа искусственная. Изделия из ис¬

кусственной кожи. Декорации театральные.
Семена. Хмель. Продукты продовольственные.
Продукты пищевые. Сухари, галеты, печенье. Сладости. Изделия макарон¬

ные Хлопья картофельные. Напитки спиртные (крепкие).
Табак (сырье). Спички.
504
Емкости из синтетических материалов. Холодильники бытовые. Камеры

холодильные с различными товарами. Батареи сухие. Изделия из пороло¬

на. Мешки джутовые. Изделия картонные. Катушки деревянные для кабе¬

ля. Ящики деревянные. Изделия из картона.
Щетки, метлы. Изделия косметические. Реагенты для стирки. Обувь.

Одежда. Белье. Ткани трикотажные и сетчатые. Изделия кожаные. Изделия

кружевные. Матрац. Набивочные материалы для мебели.
Волос животный (конский).
&1Л

Окончание табл. 2
Средняя пожар¬

ная нагрузка,

МДж/м2
Материал, который хранится на складе
126
Приборы бытовые. Приборы электронные. Часта запасные к автомобилям.

Электрооборудование, телевизоры. Электропрогревателн. Машины сти¬

ральные. Радиоаппаратура. Инструменты различные. Препараты и инст¬

рументы зубоврачебные. Товары аптекарские и москабельные. Медика¬

менты. Проволока металлическая (изолированная). Черепица на деревян¬

ных поддонах. Рамы оконные деревянные. Рамы оконные из искусствен¬

ного материала. Вещества химические основные. Нитраты (селитра).

Удобрения. Цемент. Изделия из камыша и тростника. Корзины плетеные.

Перо для подушек и перин

Цветы искусственные. Яйца.
Таблица 3
Пожарная нагрузка торговых и общественных зданий
Средняя пожарная

нагрузка, МДж/м2
Назначение помещения
1680
Библиотека
1260
Магазины: электротоваров, химикатов (лаков и красок), хозяйст¬

венные, книжный.
Газетный киоск. Аптека.
672
Магазины: резиновых изделий, обувной, кожаных изделий, игру¬

шек, антикварный, по торговле семенами, спорттоваров, бельевых

товаров, одежды, головных изделий, веревочных изделий, ковро¬

вых изделий, канцелярских принадлежностей, продовольствен¬

ный, по продаже спиртных напитков, табачный.
378
Магазины: оружейный, металлоизделий, радиотоваров и телевизо¬

ров,бытовых приборов, пишущих машин, фототоваров, зонтов,

мебельный, булочная, кондитерский, ювелирный, универмаг.

Чайная. Ресторан. Пансионат. Гостиница. Больница. Детские ясли.

Молодежное общежитие. Приют для престарелых. Театр Киноте¬

атр. Бюро путешествий. Почта. Банк (зал банковских операций).

Часовая мастерская.
210
Магазины: изделий из стекла, швейных машин, музыкальных

инструментов, меховой, овощной, аптека.
Общественная столовая. Парикмахерская. Кабинет врача.
Детский сад. Музей. Подземные гаражи. Художественная выстав¬

ка.
93
Магазины; мясной, по торговле сыром, цветочный, зоомагазин

Выставка машин н оборудования. Зубоврачебный кабинет.

Церковь.

Таблица 4
Пожарная нагрузка конторских помещений
Средняя пожарная

нагрузка, МДж/м2
Назначение помещения
4200
Архив
756
Подвал (жилого дома). Чердачное помещение.

Техническое бюро. Коммерческое бюро.
Банк (служебные помещения).
3192
Транспортное бюро. Квартира. Бокс для автомобиля. Гараж (в

жилом здании).
616

Приложение 14

Зависимость температуры помещений от пожарной нагрузки.
Рис.1.Зависимость t-x для К'„р = й,0\м'/г. *'С
500
1-?Лр	= 63МЛ«/м2;	400
2-дпр	= 31,5Л^Дл^/л(2;	зоо
3 - Чпр = 63 МДж/м2 ;	200
100
4-дпр = 126 МДж/м1
0 1 2 3 4 5 т. ч
Рис2.Зависимость / -г для К'пр = 0,02 м
1-Япр	= 12$МАж/мг ;
2-длр	= 37,8МАж/м*;
3-<?лр	= 126МДж/м*;
4-qnp	=252 МДж/м2
Рис 3. Зависимость г - т для К =0,03лЛ2
1	- д„р = 189 лздж/м2;
2	- дпр = 945 МДж/м2 ;
3-цпр = №0МДж/м> ;
4	-дпр = 3780 МДж/м2

Л
f V”
; 1 \
-Р
1
V
О 1 2 3 « 5
Окончание прил. 14
Рис. 4. Зависимость Г - г для K'v = 0,06 м1/2.
1 - Чпр = 37,8 МДж/м1 ;
2-дяр = 113,4М4*/м2;
3	- дпр =378 МДж/м1;
4	-qnp = 756 МДж/м2
Рис5.Зависимость Г-т для ЛГ^ =0,08*'/г.

1 - <7„р = 50,4 МДж/м2;
2-Чпр = 151,2МДж/^;
3	- дпр = 378 МДж/м2;
4	- qnp = 1008 МДж/ м2
Рисб.Зависимость f-т для K'v =0,12л1/2
1-Чпр	= 75,6 МДж/м2 ;
2-<7„р=378	МДж/м2;
3-q„p	= 756 МДж/м2 ;
4	- gnp = 1512 МДж/м1

Приложение 17
5
90 мин
Рис. 1. Колонна из тяжелого бетона сечение ЗООхЗООмм. ндгпрп г чртыпру гтптн

Продолжение прил. 17
~м
60 мин
Рис. 2. Колонна из тяжелого бетона, сечение 400x400мм, нагрев с четырех сторон

Продолжение прил. 17
I
^ Щ —

Продолжение прил. 17
Рис. 4. Колонна из легкого бетона, сечение 400x400мм, нагрев с четырех сторон

==================================================================
Весьбетон www.allbeton.ru
Проект Открытый доступ
Электронная Библиотека Строителя. Версия 4. Релиз 2013
Постоянное место хранения файла на сервере  http://www.allbeton.ru/mw/Файл:здания сооружения их устойчивость при пожаре (демехин).djvu
редактор - Сергей Ружинский
~~~здания сооружения их устойчивость при пожаре (демехин).djvu