Актуальность вопроса огнестойкости конструкций



Пожар часто приводит к гибели людей и наносит большой материальный ущерб народному хозяйству. Как показывает статистика, в России за последнее десятилетие ежегодное число случаев пожаров не только не уменьшается, но и имеет тенденцию к увеличению. По статистике МЧС, за 11 месяцев 2018 года на объектах с массовым пребыванием людей (торговые центры, объекты образования и здравоохранения) произошло 471 пожаров. За аналогичный период 2017 года было зафиксировано 364 пожаров, таким образом, количество инцидентов увеличилось на 29,4 %.

В отдельно взятых торгово-развлекательных центрах число пожаров за год выросло на 64 % (74 против 45 в 2017 году). В зданиях и помещениях образовательного назначения — на 29 % (229 против 177). В зданиях здравоохранения и социального обслуживания — 19,7 % (168 против 142).

Убытки от разрушений зданий во время пожара составляют примерно 13–18 % общих потерь. Поэтому изучение проблем, направленных на снижение материальных потерь от пожаров, обеспечение огнестойкости строительных конструкций и выявление возможности их эксплуатации после пожара является актуальным.

Огнезащита строительных конструкций, изготовленных из железобетона, играет решающую роль в системе обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. Ее главная задача состоит в снижении пожарной опасности конструкций и повышении их огнестойкости до требуемого согласно нормам уровня. Проблема эффективной огнезащиты приобретает особую значимость в случае подземных сооружений типа тоннелей, высотных современных зданий и специальных сооружений типа торговых центров и спортивных сооружений. Строительство этих сооружений в настоящее время ведется в широких масштабах и все возрастающими темпами во всех крупных городах.

Пожар может иметь катастрофические последствия для бетонных и железобетонных конструкций, что не следует упускать из виду во время проектирования. В связи с этим, выполнен аналитический обзор нормативной литературы, зарубежных и отечественных работ по увеличению огнестойкости железобетонных конструкций.

Российские и европейские нормы имеют противоречия в части определения огнестойкости железобетонных конструкций. Главная причина — разница базовых принципов и методов проектирования в РФ и ЕС, различие сырьевой базы стран, физико-географических условий. В нормах РФ содержится понятие огнесохранности конструкций, которое отсутствует в нормах других стран. Расчет конструкций на огнесохранность позволяет обеспечить их работоспособность после пожара при заданном пределе огнестойкости без конструктивного усиления. Основным отличием СТО 36554501–006–2006 от EN 1992–1–2:2004 является наличие расчёта на огнесохранность в российском стандарте [1–5].

Начиная с середины ХХ века экспериментальным и теоретическим изучением поведения железобетонных конструкций при нагреве занимались мировые и российские ученые, такие как В. И. Мурашев, А. Ф. Милованов, А. И. Яковлев, В. П. Бушев, Н. И. Ильин, В. В. Жуков, В. С. Федоров, Э. Ф. Панюков, В. В. Соломонов, В. М. Ройтман, А. В. Пчелинцев, А. А. Гусев, А. А. Салдулаев, Х. У. Камбаров, В. Н. Зиновьев, К. Кордина, Н. Л. Мальхотра, Т. Т. Ли, М. С. Абрамс, Т. Харада и др. [6–27].

В работах ученых неоднократно рассмотрено:

– поведение железобетонных конструкций при стандартном пожаре и после него;

– проанализировано напряженно-деформированное состояние плит, балок и колонн и их стыков при кратковременном воздействии огня до наступления предела их огнестойкости по потере несущей способности;

– приведены сведения о влиянии высокой температуры на физико-механические свойства бетона и арматуры;

– дан анализ распределения температур по высоте сечения балок, плит и колонн при нестационарном нагреве, методика определения остаточной несущей способности колонн после пожара;

– изложены особенности расчета предела огнестойкости железобетонных конструкций и рекомендации по его определению. изучены особенности совместной работы арматуры и бетона при нагреве конструкций в режиме пожара и после остывания для различных технологических, конструктивных и эксплуатационных условий;

– разработаны методики расчёта несущей способности, трещиностойкости и деформаций железобетонных конструкций, подвергавшихся пожару, с учётом особенностей взаимодействия арматуры и бетона; предложена методика оценки социально-экономической эффективности проектирования строительных конструкций с гарантированной огнестойкость;

– проведена адаптация и совершенствование технологий нанесения огнезащитных материалов Signulan-H на железобетонные конструкции;

– разработаны и утверждены технологические регламенты изготовления этих материалов на железобетонных конструкциях;

– дано определение понятия предел огнестойкости, перечислены все основные способы его определения, рассмотрены методы проведения испытаний на оценку предела огнестойкости, соответствующие всем современным российским требованиям и американским требованиям, выявлены основные общие черты и существенные различия.

Инновационные аспекты предложения: устранение огневых испытаний бетонных и железобетонных конструкций в здании или его фрагменте; снижение трудоемкости определения огнестойкости конструкций; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных стен любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с испытаниями аналогичных стен здания; возможность проведения испытания стен на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; использование полипараметрической зависимости для определения огнестойкости конструкций; повышение точности и экспрессивности испытания; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных конструкций; уточнение единичных показателей качества бетонных и железобетонных стен, влияющих на их огнестойкость и определение минимального числа испытаний; возможность определения гарантированного предела огнестойкости бетонных и железобетонных стен по конструктивным параметрам.

Главные преимущества: испытания на огнестойкость бетонных и железобетонных изделий и конструкций зданий и сооружений проводят без разрушения по комплексу их единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью неразрушающих способов и статистического контроля; снижение экономических затрат при испытании изделий и конструкций на огнестойкость [28].

Выводы:

– пожар — одно из самых серьезных событий, жертвами которого может стать любое здание на протяжении всей его жизни. Мало того, что это представляет прямую угрозу для людей из-за выделения вредных газов и разрушительного тепла, но и сами критические температуры также оказывают серьезное неблагоприятное воздействие на структурную целостность всего здания;

– применение огнезащиты строительных конструкций, а также расчеты конструкций на огневое воздействие стали обязательными в большинстве случаев;

– конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под действием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокирующая тепловой поток от огня к поверхности конструкций, позволяет сохранить их работоспособность в течение заданного времени, а также предоставит достаточное время для эвакуации людей из здания и тушения пожара до того, как произойдет разрушение конструкции;

– выбор вида огнезащиты осуществляется с учетом режима эксплуатации объекта защиты и установленных сроков эксплуатации огнезащитного покрытия. Традиционные строительные материалы, такие как сталь и бетон, испытывают потерю жесткости и прочности при повышении температуры и поэтому требуют теплоизоляции для замедления передачи тепла.

Из изложенного материала следует, что пожары сопровождаются уничтожением материальных ценностей, создают угрозу жизни и здоровью людей, окружающей среде. Чем быстрее развивается общество, наука и техника, тем актуальнее становится проблема огнестойкости конструкций, подверженных воздействию огня при пожаре.

Литература:

1. ISO 834–1: 1999 / Amd 1: 2012 Fire resistance tests. Elements of building structures.
2. EN 1991–1–2: Eurocode 1: Actions on structures — Part 1–2: General actions — Actions on structures exposed to fire, published in November 2002.
3. EN 1992–2–2: Eurocode 2: Design of concrete structures — Part 1–2: General rules — Structural fire design, published in December 2004.
4. СТО 36554501–006–2006 Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций
5. Шуровкина Л. Л. Огнестойкость железобетонных конструкций: основные принципы расчета по нормам РФ и ЕС // Строительство уникальных зданий и сооружений, 2016, № 6 (45), с.90–96.
6. Соломонов В. В., Кузнецова И. С. Как обеспечить огнестойкость железобетонных конструкций // Строительная газета № 5. 02.2013.
7. Мурашев В. И. Оценка огнестойкости железобетонных конструкций// Пожарное дело. 1956.-№ 7
8. Милованов А. Ф. Исследование работы железобетонных конструкций при воздействии повышенных и высоких температур. Дис. д-ра техн. наук. М., 1969–281с.
9. Милованов А. Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. — М.: Стройиздат, 1998–304 с.
10. Яковлев А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. — 140 с.
11. Бушев В. П. Огнестойкость зданий. М.: Стройиздат, 1979. -261с.
12. Ильин H. A. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1979,- 125 с.
13. Жуков В. В. Основы стойкости бетона при действии повышенных и высоких температур: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 1982. — 43с.
14. Федоров B. C. Основы теории расчета огнестойкости химически стойких конструкций на основе полимербетонов. Дис. д-ра техн. наук. М., 1990. — 288 с.
15. Панюков Э. Ф. Оценка состояния железобетонных конструкций после пожара. Дис. д-ра техн. наук. М., 1991. -387с.
16. Соломонов В. В., Кузнецова И. С. Экспертиза зданий после пожара с использованием метода научного прогнозирования / Бетон и железобетон-1998. -№ 1,-С. 23–24.
17. Ройтман В. М. Исследование влияния температуры на теплофизические характеристики строительных материалов для целей расчета огнестойкости: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1966. — 138 с.
18. Ройтман В. М. Оценка огнестойкости строительных конструкций на основе кинетических представлений о поведении материалов в условиях пожара. Дис. д-ра техн. наук. -М., 1985. — 412 с.
19. Пчелинцев A. B. Исследование остаточной несущей способности изгибаемых преднапряженных железобетонных конструкций после высокотемпературного воздействия (пожара): Дис.канд. техн. наук. М., 1988. — 203с.
20. Гусев A. A. Свойства тяжелого бетона после пожара: Дис. канд. техн. наук. -М., 1983,-274с.
21. Салдулаев A. A. Огнестойкость железобетонных колонн с большим процентом армирования: Дис.канд. техн. наук. М., 1989. — 142с.
22. Камбаров Х. У. Огнестойкость изгибаемых и сжатых элементов из армированного конструкционного керамзитобетона: Дис. канд. техн. наук. М., 1977. — 164с.
23. Зиновьев В Н. Огнестойкость сжатых железобетонных элементов из высокопрочного бетона: Дис. канд. техн. наук. М. 1980. — 181с.
24. Кордина К., Мауер-Отгенс С. Бетон: Огнезащита. Пособие ФРГ -Дюссельдорф: Бетон Ферлаг. — 1981. — 438 с.
25. Malhotra H. L. The Effect of Temperature on the Compressive Strength of Concrete / Magazine of Concrete Research. — Wexham Springs: Cement and Concrete Association — 1956.-v.8.- N23, — P. 85–94.
26. Lie Т. Т., Allen D. E., Abrams M. S. Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns /National Research Council Canada / DBR Paper No 1167.-Ottawa 1984, — 54 p.
27. Abrams M. S., Salse E. A. B. Fire Resistance of Prestressed Concrete Beams. RD009,01B. PCA. — Skokie. — 1971.
28. Харада Т. Исследование огнестойкости бетона и железобетонных конструкций (Токио 1981) / Пер. № 43435. — М.: ВЦП, 1963. — 480 с.
29. http://tekhnosfera.com/prochnost-i-deformativnost-zhelezobetonnyh-konstruktsiy-povrezhdennyh-pozharom