Огнестойкость строительных конструкций и предел огнестойкости, основные характеристики материала

Определения

Начнем со знакомства с терминологией.

Огнестойкость

Так называется способность элементов конструкции здания ограничивать распространение огня в случае пожара.

Какие свойства важны для материала, из которого изготавливаются внутренние перегородки здания, в плане пожарной безопасности?

• Негорючесть. Понятно, что межкомнатные стены из легковоспламеняющегося материала пожару никоим образом не помешают.
• Механическая прочность, сохраняющаяся при нагреве до высоких температур. Перегородка не должна быстро разрушиться, оказавшись вблизи очага пожара.
• Низкая теплопроводность. В идеале даже если одна сторона стены контактирует с огнем, вторая должна длительное время сохранять температуру ниже точки воспламенения дерева, пластика и бумаги.

И сам гипсокартон, и оцинкованный профиль для него способны переносить сильный нагрев без разрушения.

Предел огнестойкости

Так называется время, за которое строительная конструкция, оказавшись в очаге пожара, достигает одного из предельных состояний, приводящих к утрате ей противопожарных качеств.

Каждое из предельных состояний принято обозначать соответствующим буквенным индексом.

• R – время, за которое конструкция утрачивает несущую способность. Для внутренней перегородки это означает обрушение или возникновение предельного прогиба.
• E – время потери целостности. Проявляется как образование сквозных отверстий или трещин, через которые в соседнее помещение способны проникать продукты сгорания или пламя.
• I – время потери теплоизолирующей способности. О том, что предел огнестойкости I достигнут, могут свидетельствовать:
  • Повышение температуры на противоположной открытому огню стороне перегородки в среднем на 160 градусов.
  • Повышение температуры в любой точке перегородки на 190 градусов.
  • Нагрев любой точки тыльной стороны перегородки до абсолютного значения температуры, равного 220 С или выше.

Для перегородок из горючих материалов с огнезащитным покрытием критерием достижения предела огнестойкости может стать и критический нагрев. К примеру, деревянный каркас оштукатуренной перегородки при достижении 300 С начнет обугливаться с неизбежной утратой механической прочности даже в том случае, если внешне стена сохраняет целостность, а температура на ее обратной стороне не достигла критических значений.

В таблице вы найдете справочные значения предела огнестойкости  для нескольких популярных утеплителей.

Предел распространения огня

Значение этого термина – размер повреждения конструкции, возникшего вследствие ее горения за пределами зоны нагрева. Попросту говоря, если в некую точку перекрытия или стены направлено пламя паяльной лампы, пределом распространения огня станет расстояние от этой точки, на котором материал стены будет выгоревшим, обугленным или расплавленным.

Термин применим, разумеется, исключительно к сгораемым и трудносгораемым конструкциям. Если направить пламя в кирпич или бетон, никаких признаков разрушения за пределами зоны прямого нагрева мы не обнаружим – просто потому, что эти материалы не горят. С точки зрения оценки  по изучаемому нами параметру любая конструкция, полностью выполненная из несгораемых материалов, называется не распространяющей огонь (предел распространения огня равен нулю).

Для предварительной оценки без испытаний принято использовать такие значения этого параметра:

• У сгораемых и трудносгораемых материалов предел распространения по горизонтали берется за 25 сантиметров и более, по вертикали – 40 сантиметров и более.
• Если сгораемый каркас защищен негорючей облицовкой, принимаются значения менее 25 сантиметров по горизонтали и менее 40 по вертикали. Однако конструкция в целом не будет распространять огонь лишь до того момента, пока негорючая облицовка не прогреется до точки воспламенения сгораемого каркаса или утеплителя.

Если конструкция имеет асимметричное строение, берется худшее из значений. К примеру, для перегородки на металлическом каркасе, облицованном с одной стороны липовой вагонкой, а с другой – гипсокартоном, предел распространения огня берется как для сгораемой конструкции – от 25 см по горизонтали и от 40 по вертикали.

Действующие в строительстве нормы пределов огнестойкости и распространения огня для разных строительных конструкций.

1.1 Расчет предела огнестойкости железобетонной многопустотной плиты перекрытия

Исходные данные
для расчета предела огнестойкости
железобетонной плиты перекрытия
приведены в таблице 1.1.1.1

Таблица 1.1.1.1 —
Исходные данные для железобетонной
плиты перекрытия

№ вари- анта	Геометрические характеристики	Характеристики бетона	Характеристики рабочей арматуры	Нормативные нагрузки на плиту
ширина b, м	толщина h,м	длина рабочего пролета l, м	диаметр пустот dп, м	класс по прочности	толщина защитного слоя бетона δ, мм	класс арматуры	количество стержней, шт., диаметр, мм	постоянные q, кН/м 2	временные p, кН/м 2
21	1,49	0,22	5,38	0,159	В 15	30	A-VI		6,9	3.0

Вид бетона – легкий
бетон плотностью ρ
= 1600 кг/м 3
с крупным заполнителем из керамзита;
плиты многопустотные, с круглыми
пустотами, количество пустот – 6 шт,
опирание плит – по двум сторонам.

Рис. 1.1.1.1 — а)
поперечное сечение плиты; б) расчетная
схема определения предела огнестойкости
плиты

1) Определяем
максимальный изгибающий момент M
в плите:

• где

  – постоянные нагрузки на плиту, H/м 2;

• – временные
  нагрузки на плиту, H/м 2;

• – ширина сечения
  и длина рабочего пролета плиты, м.

2) Определяем
рабочую высоту сечения плиты h:

;

• где
  –
  высота сечения плиты, м;

• – толщина защитного
  слоя бетона, м;

— d
– диаметр рабочей растянутой арматуры,
м.

3) Площадь поперечного
сечения всей растянутой арматуры A_s
определяется в зависимости от диаметра
арматуры:

• где
  –
  порядковый номер арматурного стержня;

• – площадь
  поперечного сечения j-го арматурного
  стержня.

4) Согласно
методическому указанию для курсовой
работы расчетные сопротивления растяжению
арматуры R_su
и сжатию бетона R_bu
определяются делением соответствующих
нормативных сопротивлений R_sn
(П 3.9 приложение 3) и R_bn
(П 3.8 приложение 3) на коэффициенты
надежности

(для арматуры) и

(для бетона). Для арматуры класса A-VI
нормативное сопротивление составляет
980 МПа, для бетона, имеющего класс
прочности B15, нормативное сопротивление
составляет 11 МПа.

;

.

5) Определяем
коэффициент условий работы при пожаре

растянутой арматуры железобетонной
плиты:

;

=.

6) По таблице 1.1.1.2
(табл. П 3.3 приложение 3 МУ для КР) в
зависимости от коэффициента работы при
пожаре

определяем критическую температуру
прогрева, при которой теряется прочность
растянутой арматуры плиты.

Заданная арматура
A-VI, но так как в таблице нет значений
для этого класса, принимаем значения
для арматуры класса Aт-VI.

Так как
,
то для определения критической температуры

применяется метод линейной интерполяции:

7) Определяем
средний диаметр растянутой арматуры
d_s:

где j
– порядковый номер арматурного стержня,
м;

Таблица 1.1.1.2 —
Значения коэффициента условий работы
при пожаре

стержневой арматуры различных классов
в зависимости от температуры арматуры

соответственно
диаметр, м и площадь поперечного сечения,
м 2j-го
арматурного стержня.

8) Решаем
теплотехническую задачу для определения
предела огнестойкости сплошной
железобетонной плиты:

;

где
–
приведенный коэффициент температуропроводности
бетона, м
2/ч,
определяется по
табл. П 3.4 приложения 3 МУ для КР в
зависимости от плотности бетона и вида
заполнителя:

;
огнестойкость пожарная опасность здание

и

– поправочные коэффициенты, определяются
в зависимости от плотности бетона по
справочным данным, приведенным в табл.
П 3.5 приложения 3 МУ для КР.

Для бетона плотностью
1600 кг/м 3:

=
0,58;

= 0,65;

–
средняя толщина
защитного слоя бетона:

.

9) Определяем предел
огнестойкости по признаку «R»
(потеря несущей способности) многопустотных
плит путем умножения предела огнестойкости
сплошных плит на понижающий коэффициент
0,9:

.

Предел огнестойкости
многопустотной железобетонной плиты
по потере несущей способности составляет
R 240.

10) Определим предел
огнестойкости по признаку «I»
(потеря теплоизолирующей способности)
через приведенную толщину многопустотной
плиты.

Приведенная толщина
плиты
определяется
по формуле:

.

где

– площадь сечения плиты, м
2;

– площадь пустот
в плите, м 2,
определяется
по формуле:

.

где
–
диаметр пустот, м;

n-количество
пустот, шт.

.

По
таблице 1.1.1.3 (табл. П 3.6 приложения 3 МУ
для КР определяется предел огнестойкости
по потере теплоизолирующей способности
при условии отсутствия теплоотвода с
необогреваемой поверхности плиты.

Таблица
1.1.1.3 — Толщины сплошного бетонного
сечения, необходимые для обеспечения
соответствующего предела огнестойкости
по потере теплоизолирующей способности
«I»

Приведенная
толщина

м, плотность бетона 1600
кг/м 3,
следовательно предел огнестойкости по
потере теплоизолирующей способности
составляет I 180.

Предел
огнестойкости по потере несущей
способности 240 мин, а по теплоизолирующей
180 мин. Необходимо брать наименьший
предел огнестойкости.

Вывод:
предел огнестойкости железобетонной
плиты REI 180.

Степени устойчивости зданий к огню

Различается пять основных степеней огнестойкости. Каждая имеет свои характерные особенности и предел, достижение которого становится критическим, то есть конструкция уже не может сопротивляться распространяемому открытому пламени.

Первая степень

Включает в себя самые огнестойкие конструкции. К этой категории относятся строения и сооружения, которые возводились с использованием бетона, железобетона, натурального и искусственного камня, а также плит и листовых материалов. Они отличаются высокой сопротивляемостью к воздействию огня. Здания, которые должны соответствовать этой степени огнестойкости, возводятся исключительно из перечисленных стройматериалов, обладающих высокой сопротивляемостью как к повышенным температурам, так и к огню.

Вторая степень

Практически полностью соответствует первому уровню огнестойкости, но отличия имеются. Ко второй степени предъявляются менее жесткие требования. Сооружения, которые входят в данную категорию, могут возводиться с применением стальных конструкций.

Третья степень

Присваивается различным строениям и сооружениям и делится на три подвида:Третья. Здания с бетонными, железобетонными, каменными несущими, в которых используются ограждения с перекрытием из дерева. В качестве защитного огнестойкого покрытия выступают трудногорючие плиты и листовые материалы, а также штукатурка.Третья «а». Каркасные сооружения, при возведении которых применяют незащищенную сталь. Ограждения выполняются из стального профилированного листа. Другие материалы для несущих и прочих элементов тоже не боятся огня.Третья «б». Одноэтажные каркасные конструкции из древесины, обработанные специальным огнезащитным составом. Панельные ограждения собираются из древесины, которая предварительно пропитана и надежно защищена от воздействия высоких температур.

Четвертая степень

Включает в себя два разных норматива, определяющих степень огнестойкости:Четвертая. Строения с несущими конструкциями и ограждениями, выполненными из легко воспламеняемых материалов, к примеру, древесины. Обеспечение защиты от высоких температур предполагает задействование плиточного покрытия или штукатурки. Согласно техническому регламенту, к перекрытиям не предъявляются повышенные требования к защите от огня. Чердачные элементы из дерева обязательно обрабатывают составами или покрывают материалами, которые ограждают материал от воздействия огня.Четвертая «а». Одноуровневые здания, которые возводят по каркасной схеме. Они строятся из стального каркаса, а ограждения выполняются из профильных листов с задействованием утеплителя из горючего материала.

Пятая степень

Присваивается сооружениям, которые имеют самый низкий порог к огнестойки и скорости распространения огня. Эти конструкции не предполагают постоянного нахождения внутри людей, а также хранения горючих и взрывоопасных материалов, в том числе и подключения приборов, способных вызвать короткое замыкание.

Предел огнестойкости строительных конструкций
Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков	Несущие стены, колонны и другие несущие элементы	Наружные ненесущие стены	Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)	Строительные конструкции бесчердачных покрытий	Строительные конструкции лестничных клеток
настилы (в том числе с утепли-телем)	фермы, балки, прогоны	внутренние стены	марши и площадки лестниц
I	R 120	E 30	REI 60	RE 30	R 30	REI 120	R 60
II	R 90	E 15	REI 45	RE 15	R 15	REI 90	R 60
III	R 45	E 15	REI 45	RE 15	R 15	REI 60	R 45
IV	R 15	E 15	REI 15	RE 15	R 15	REI 45	R 15
V	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется	не нормируется

Отдых в Мурманске в январе с детьми

В январе в Мурманск с ребёнком лучше ехать только, если вы ориентированы на экскурсионную программу, так как для пляжного отдыха погода не слишком подходящая.

Разновидности кирпичей

Сейчас самым популярным строительным материалом является кирпич, который подразделяется на множество видов. Этот строительный материал получается путем обжига глины, т.е. изначально создается огнестойким. В зависимости от потребности выбираются различные типы, которые завязаны на этом параметре:

1. Красный. Самый обыкновенный, его двойная кладка выдержит абсолютно любое воздействие, при этом не потрескается и не расплавится. Но это не означает, что после окончания тушения огня он не должен будет подвергнуться замене, ибо второй раз может оказаться критичным.
2. Огнеупорный. Благодаря особым свойствам используется в самых жарких частях каминов и печей. В один слой выдерживает температуру под 1600 С и совершенно не реагирует. Для строительства он не пригоден, но в горячих местах незаменим, благодаря соотношению цены и качества.
3. Клинкерный. Самая высокая огнестойкость именно у него — 1800 С не предел, а из-за некоторых других физических свойств и внешнего вида обладает самой высокой ценой среди всех своих собратьев. Строятся из этого кирпича, как правило, только стены элитных зданий.
4. Силикатный. Обладает высоким уровнем огнестойкости, но сильно уступает огнеупорному и клинкерному. Стоит недорого, используется исключительно для мелких работ таких, как ненесущие стены.

Остальные варианты обладают в этом плане параметрами гораздо ниже, чем красный.

Виды армирования

Кирпичная перегородка в деревянной бане, как и в помещении любого другого назначения, должна армироваться. В зависимости от расположения элементов, такое укрепление может быть:

• вертикальным;
• продольным;
• поперечным.

В последнем случае в кирпичную перегородку закладывается сетка. Решетку можно приобрести или изготовить самостоятельно. Для этого используются прутья, которые соединяются между собой по принципу сварки или с помощью проволоки. Сторона ячеек не должно быть больше 120 мм. Увеличивать размер самой сетки слишком сильно тоже не нужно, так как это снизит прочность перегородки из кирпича.

Для того чтобы защитить арматуру, ее предварительно помещают в цементный раствор, что увеличит толщину прутка, а также ширину шва, которая может составить 14 мм. Перегородки, возводимые в 2; 1,5 или полкирпича, должны подвергаться армированию через каждые 4 ряда.

Даже если перегородка имеет толщину в два кирпича, но эксплуатация конструкции ведется в регионе, где присутствует сейсмическая опасность, внутреннее армирование следует осуществлять вертикально или продольно. Укрепление стены по последнему методу может осуществляться снаружи или внутри конструкции.

Особенности

Потребность в применении огнестойких материалов появилась еще на самых ранних стадиях развития человечества, когда люди научились добывать и использовать огонь. Постепенно такие материалы становились основой для строительства сталеплавильных, доменных печей и прочего теплового оборудования. В середине XVII в. во многих странах начали изготавливать огнеупорные кирпичи из глины. К началу XIX в. огнезащитная продукция активно производилась в европейских странах, а к концу столетия огнеупорные изделия начали повсеместно выпускаться и в России. В середине прошлого века были изобретены огнестойкие краски и антипиреновые составы, а требования к жаростойким изделиям были официально закреплены в ГОСТах и СНиПах.

Основное свойство подобных материалов — огнеупорность. Этот показатель определяет температуру, при которой изделие начинает деформироваться. Относительно его значения рассматривается эффективность эксплуатации материала в тех или иных видах работ. Кроме того, рассчитываются и другие характеристики, в частности:

• особенности поведения материала под действием повышенных температур;
• изменение формы и нарушение целостности при температурном воздействии;
• устойчивость структуры, которая определяется параметром механического усилия на сжатие при нагреве;
• сила реакции на воздействие агрессивных химических растворов.

Как правило, к огнестойким относятся материалы, которые выдерживают нагрев от 1580 до 3000 градусов Цельсия. Материалы, сохраняющие свой вид и физические характеристики при воздействии более высоких температур, маркируются как сверхогнеупорные.

Любые огнеупорные изделия производятся на основе сочетания искусственного и натурального сырья, для этого подбираются оптимальные концентрации минеральных и химических компонентов.

Требования к противопожарным стенам

Если Вы запланировали строительство или составление проекта собственного грядущего дома собственными руками, вам не будет мешать познакомиться с списком норм строительства, относящиеся к возведению противопожарных стен. Конечно, с точки зрения домовладельца единственный здоровый вариант — когда их функцию выполняют внутренние перегородки между комнатами.

Основная часть норм не необходима для домов для жилья: например, строительство противопожарной стены, полностью делящей все этажи от фундамента до крыши, в приватном домостроительстве просто нереально.

Мы подберём лишь те советы, которые могут быть полезны при строительстве перегородок в обычном коттедже.

Огнеупорные стены обязаны полностью производиться из несгораемых материалов. Привет хозяевам фанерных перегородок на каркасе из бруска!

Во время пожара эта перегородка лишь послужит появлению огня.

Уточнение: напомним, мы говорим о домах из кирпича. В строении из бревен или бруса строительство несгораемых перегородок не очень-то осмыслено: при возгорании дома они не остановят пламени. Более того и цена применяющихся материалов на фоне дерева, и проблематичность строительства стены из кирпича или камня на полу из досок не располагают к экспериментам в данной области.

• Основание противопожарной стены должно покоиться на несгораемом материале. Говоря просто, нижнюю часть каркаса перегородки из гипсокартона лучше крепить не к доскам чернового настила на полу, а конкретно к перекрытию из бетона. Конечно, там, где перекрытия бетонные.
• Если в середине перегородки размещён вентканал, предел стойкости к огню стены со всех сторон от него должен быть не менее 2,5 часов. С практической стороны это значит строительство 2-ух стен толщиной в половину кирпича с их связкой арматурой, заложенной между горизонтальными рядами.

Свое мнение: автору в настоящий момент видится недоуменное пожатие плеч читателя. К чему столь параноидальные меры? А дело все в том, что при реальном пожаре вентканалы ускоряют распространение пламени в пару раз. К слову, с точки зрения пожарной безопасности в вентиляции не будет мешать наличие ручных или автоматизированных противопожарных клапанов, останавливающих воздушную циркуляцию при возгорании.

При срабатывании пожарной сигнализации клапан закрывает подачу воздуха.

• Огнеупорные стены обязаны хранить собственные функции даже в случае одностороннего обрушения примыкающих к ним конструкций. Легче? Кирпичная внутренняя перегородка должна быть усилена, также над проемом дверей. Если одна из примыкающих к ней внешних стен обвалится, она должна устоять.
• Вся площадь проемов в противопожарных преградах не должна быть больше 25 процентов их площади; при этом проемы должны перекрываться материалами, преграждающими пускай появлению огня. Если перевести фразу на обычный русский язык, инструкция будет звучать так:
  • Простая распахивающаяся или купейная дверь во время пожара спасет вам жизнь с куда большей вероятностью, чем арка.
  • Двери лучше делать несгораемыми и закрывающимися если есть возможность плотно. Чем меньше просветы — тем побольше времени дверь сдержит распространение огня и дыма.

С эстетической точки зрения, арка — идеальное решение; но препятствием для пожара она откровенно не станет.

Мы изучили определенную часть советов по безопасности против пожара строений жилого типа. Не стоит переносить полученные знания на помещения для производственных нужд: для них работают свои правила, связанные с перевозкой горючих жидкостей и аэрозолей, работой станков, электрического оборудования большой мощности и т.д.

Успехов в строительстве!

Пожаробезопасность и огнестойкость – понятия неравнозначные

Сразу внесем ясность в терминологию, поскольку у большинства застройщиков нет четкого понятия в данном вопросе.

Термин пожаробезопасность относится к строительным материалам и описывает их поведение при воздействии огня.

Огнестойкость – понятие, которое относится не к материалам, а к строительным конструкциям, и характеризует их способность без потери прочности и несущей способности сопротивляться воздействию пожара. Поэтому выражение огнестойкость строительных материаловявляется некорректным.

Нельзя говорить, например, об огнестойкости гипсокартона, а можно рассматривать устойчивость к огню конструкции перегородки или потолка, обшитых этим материалом.

При этом противопожарные нормы обязательно учитывают не только вид облицовки, но также материал каркаса, наличие и вид утеплителя, вид отделки и еще ряд важных параметров, каждый из которых влияет на общую огнестойкость испытываемой конструкции.