Изучение последствий огневого воздействия на строительные конструкции зданий обычно начинают с исследования параметров пожара. Для этого при оценке огнестойкости строительных конструкций необходимо изучить развитие пожара и поведение строительных конструкций во время огневого воздействия; определить зоны огневого воздействия по участкам здания и отдельным элементам конструкций; исследовать температурный режим натурного пожара по зонам и оценить прогрев сечения железобетонных конструкций; определить время сопротивления строительных железобетонных конструкций огневому воздействию; выяснить причины разрушения и обрушения строительных конструкций или их элементов.
Пожар, как правило, проходит три стадии развития (рис. 7.5). Начальная стадия /(5—30 мин) характеризуется загоранием материалов, когда температура внутренней среды пожара повышается незначительно (/] = 100—250 °С). Стадия II — интенсивного горения — отличается быстрым возрастанием температуры, стабилизацией максимальных температур пожара tMaKC и последующим резким спадом до /2 = 600—400 °С, при котором прогрев сечения железобетонных элементов существенно отстает от прогрева при стандартном температурном режиме. Участок с более медленным снижением температуры ниже /2 соответствует стадии III — затухания.
Линейная скорость распространения огня по твердым горючим веществам, деревянным покрытиям 1 м/мин, по пустотам деревянных конструкций 2 м/мин, при горении жидкостей 20—30 м/мин.
С увеличением очага горения возникают конвективные потоки. Скорость перемещения конвективных потоков на крупном пожаре 1000—1500 м/мин (потоки превращаются в штормовые). Конвективные потоки переносят теплоту по всему объему здания, если нет противопожарных стен. С развитием пожара увеличивается восприятие теплоты конструкциями от излучения. Вследствие этого температура в помещении на поверхности строительных конструкций, оборудования и горючих материалов возрастает. При достижении горючими материалами температуры воспламенения появляются новые очаги горения (прилож. 1, п. 69).
Развитие пожара в помещении зависит от размера горючей загрузки, скорости ее выгорания и наличия кислорода. Горение в закрытых помещениях начинает быстро развиваться при достаточном для горения воздухообмене. В подвалах и наземных этажах, если окна в помещении не разбиты и двери заперты, процесс развития пожара замедляется.
При разделении здания на отсеки стенами и перекрытиями, выполненными из негорючих материалов, развитие пожара может ограничиваться тем помещением, где он возник. Потеря огнепреграж-дающей способности строительных конструкций может привести к распространению горения в смежные помещения. Обрушение строительных конструкций при пожаре увеличивает площадь горения, затрудняет работу пожарных подразделений, приводит к большому материальному ущербу.
Огневое воздействие на строительные конструкции характеризуется его мощностью (рис. 7.6). Мощность огневого воздействия определяется отношением количества теплоты пожара ко времени ее выделения. Количество теплоты, выделяемой на единицу площади в единицу времени, есть плотность теплового потока. Она может быть слабой - 25-50 МДж/(м2 • ч); умеренной - 50-150 МДж/(м2 • ч); средней — 150—500 МДж/(м2 • ч); высокой — более 500 МДж/(м2 • ч).
При пожаре в зависимости от вида и размера горючей загрузки, воздухообмена, количества теплоты, выделяющейся при горении, и других факторов создаются высокие температуры. Диапазон температур достаточно широк — от 50 до 2000 °С. Для исследования огнестойкости железобетонных конструкций этот диапазон удобно разбить на определенные интервалы (рис. 7.7).
Зависимость между плотностью теплового потока и мощностью пожара отражена в табл. 7.4.
Таблица 7.4. Классификация мощности огневого воздействия
Мощность огневого воздействия |
Плотность теплового потока, МДж/(м2 • ч) |
Максимальная температура пожара, °С |
Малая | 25-50 | 200-400 |
Умеренная | 50-150 | 400-800 |
Средняя |
150-500 |
800-1200 |
Высокая |
Более 500 |
Свыше 1200 |
Примечание. Максимальные температуры, приведенные в таблице, приняты при коэффициенте воздухообмена, равном единице.
По длительности (в часах) огневое воздействие на железобетонные конструкции зданий подразделяется на пять классов:
1. Загорание.......................................................................0,4-0,6 (0,5)*
2. Малой длительности..................................................... 0,7—1,5 (1)
3. Средней длительности (кратковременный пожар) .... 1,6—2,5 (2)
4. Большой длительности (продолжительный пожар).... 2,6—5,5 (4)
5. Чрезмерной длительности (затяжной пожар) .............. Свыше 5,5
*В скобках указана средняя длительность.
По скорости повышения температуры теплового потока можно выделить четыре температурных режима: 1 — медленное повышение температуры, Δv, ^ 10; 2 — умеренное, 10 < Δv, <20; 3 — быстрое, 20 Δv, <30; 4 — особо быстрое, Δv, > 30 °С/мин.
В зависимости от времени действия максимальных температур при пожаре различают следующие температурные режимы (табл. 7.5).
Таблица 7.5. Классификация температурных режимов
Класс и название | Температура, °С | Длительность, ч |
1. Штормовой |
Свыше 1200 |
Более 6 |
2. Жесткий | 800-1200 | 2-6 |
3. Умеренный | 400-800 |
0,5-2 |
4. Мягкий |
200-400 |
Менее 0,5 |
Наиболее жесткий температурный режим наблюдается в очаге пожара. В зоне огневого шторма температура повышается до 1200— 1600 °С, иногда до 1800—2000 °С. Температура у поверхности конструкций, примыкающих к очагу пожара, снижается до 1000—800 °С, а по мере удаления от зоны интенсивного горения — до 700—500 °С.
Колонны, стойки, элементы ферм покрытия и другие вертикальные конструкции, расположенные за пределами очага пожара, подвергаются неравномерному огневому воздействию по высоте элемента. Наибольшая температура во время пожара наблюдается вверху, наименьшая — внизу вертикальных элементов конструкций. Во избежание ошибок в оценке влияния огневого воздействия на отдельные части и конструкции зданий должны определяться границы инт тенсивности пожара по зонам здания. В разных зонах огневого воздействия разрушительность пожара будет неодинакова.
В общем случае различают следующие зоны огневого воздействия: интенсивного горения, высокой, средней и слабой интенсивности. Каждой зоне соответствуют мощность и температурный режим огневого воздействия. Характеристика зон огневого воздействия по интенсивности приведена в табл. 7.6. В отдельном конкретном случае число зон огневого воздействия может быть сокращено.
Таблица 7.6. Классификация зон огневого воздействия в зависимости от длительности и максимальных температур
Зона огневого воздействия | Интенсивность огневого воздействия | Длительность, ч |
Температура, °С |
1 | Высокая |
Более 6 |
Свыше 1200 |
2 |
Повышенная |
2-6 |
1200 - 800 |
3 |
Умеренная |
0,5-2 |
800-400 |
4 | Слабая | Менее 0,5 | Менее 400 |