Оценка огнестойкости несущих конструкций в строящемся конно-спортивном комплексе п. Верхнее Дуброво Свердловской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Оценка огнестойкости несущих конструкций в строящемся конно-спортивном комплексе п. Верхнее Дуброво Свердловской области

Екатеринбург

2015



Реферат

Пояснительная записка дипломного проекта содержит 122 листов, 34 таблицы, 7 рисунков, 7 приложений, 39 использованных источника литературы. Графическая часть дипломного проекта содержит 2 чертежа формата А2.

Демонстрационные материалы представлены в виде презентации PowerPoint на слайдах.

Ключевые слова: ОГНЕСТОЙКОСТЬ, НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ.

Целью дипломного проекта является оценка соответствия огнестойкости несущих конструкций в строящемся здании конно-спортивного комплекса в поселке Верхнее Дуброво Свердловской области, а так же разработка инженерно-технических решений и мероприятий для приведения здания к существующим нормам пожарной безопасности.

В дипломном проекте представлен анализ существующих методов оценки огнестойкости несущих конструкций, осуществлена оценка соответствия принятых объемно-планировочных решений, разработаны инженерно-технические решения и мероприятия для приведения здания к существующим нормам пожарной безопасности. В ходе работы был разработан рабочий проект огнезащиты несущих конструкций строящегося здания, определены: расчетное значение пожарного риски, время эвакуации, требуемый расход на наружное водоснабжение. Итогом проекта являются оценка огнестойкости несущих конструкций здания, оценка соответствия объекта установленным требованиям пожарной безопасности в целом, разработка предложений и рекомендаций по приведению здания конно-спортивного комплекса в п. Верхнее Дуброво к существующим нормам пожарной безопасности.

Кроме того, в пояснительной записке рассмотрены экологический и экономический аспекты проблемы.

Поставленные задачи решались методом анализа, расчета и работы с документами, материалами, литературными источниками.

Принятые аббревиатуры и сокращения

БЖД - безопасность жизнедеятельности;

ГОСТ - государственный стандарт;

ГПС МЧС России - Государственная противопожарная служба Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий;

ДВП - древесноволокнистая плита;

ЕС - единая система вычислительных машин;

МБОР - материал базальтовый огнезащитный рулонный;

МЧС России - Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий;

МДС - методическая документация в строительстве;

НПВ - наружний противопожарный водопровод;

ОФП - опасные факторы пожара;

ПВХ - поливинилхлорид;

ППР - Правила противопожарного режима;

ППУ - пенополиуретан;

РСК - ручной комбинированный ствол;

РТП - расчет тушения пожаров;

СНиП -Строительные нормы и правила;

СП - строительные правила;

ФГУ ВНИИПО МЧС - федеральное государственное учреждение "Всероссийский ордена "Знак Почёта" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" МЧС России.



Содержание

Введение

1. Оценка огнестойкости несущих конструкций зданий и сооружений

1.1 Термины и определения

1.2 Основные нормативные требования пожарной безопасности для зданий и сооружений

1.3 Методы определения огнестойкости несущих конструкций здания

1.4 Методы повышения огнестойкости строительных конструкций

1.5 Порядок проектирования огнезащиты несущих строительных конструкций

2. Оценка соответствия огнестойкости несущих конструкций здания конно-спортивного комплекса

2.1 Приведение в соответствие нормам пожарной безопасности здания конно-спортивного комплекса

2.2 Специальные технические условия огнезащиты конно-спортивного комплекса

3. Экологическое влияние выбранных состав и способов огнезащиты конно-спортивного комплекса

4. Охрана труда на объекте

5. Технко-экономическое сравнение вариантов

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

пожарный безопасность конный огнезащита



Введение

Пожары являются одной из самых разрушительных катастроф, которые преследуют человечество на всех этапах его развития. Все возрастающие частота и интенсивность пожаров, увеличивающиеся материальные потери, причиняемые ими гибель и травмы людей, вынуждают искать новые формы предотвращения трагических последствий этого бедствия.

Реальность жизни такова, что в результате пожаров погибают тысячи людей, а материальный ущерб измеряется десятками миллиардов рублей.

В настоящее время в России состояние дел в области пожарной безопасности вызывает серьезные опасения. Согласно данным статистики, в 2014 году произошло 152638 пожаров, на которых погибло 10183 человек. На пожарах получили травмы 11043 человек. В среднем, ежедневно в Российской Федерации происходило 419 пожаров, при которых погибло 29 человек и 31 человек получили травмы, огнем уничтожено 114 строений, повреждены 253 строения. Ежедневный материальный ущерб составил 45,3 миллиона рублей.

В целях снижения уровня риска для жизни и здоровья людей, а также для уменьшения ущерба от опасных проявлений пожаров, государством разрабатываются законы, нормативные документы, регулирующие выполнение требований пожарной безопасности. Приоритетностью Федеральных законов, сводов правил и других нормативно-технических документов по обеспечению пожарной безопасности в строительстве являются:

- первостепенность требований, направленных на обеспечение безопасности людей при пожаре;

- установление требований в области пожарной безопасности для зданий и сооружений, направленных на ограничение распространения возможных пожаров и снижение возможного ущерба;

-применимость противопожарных требований к зданиям и сооружениям на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации, включая реконструкцию, ремонт и изменение функционального назначения.

При строительстве сооружений промышленного, общественного и жилого назначения в проекте всегда оговаривается степень огнестойкости объекта, которая предусматривает проведение целого комплекса противопожарных мероприятий согласно требованиям строительных норм в области пожарной безопасности.

Ни одно противопожарное мероприятие не даст положительного эффекта, если при пожаре не будет гарантирована соответствующая защита несущей системы здания от обрушения, которая обеспечивается огнестойкостью строительных конструкций.

Теоретическая часть огнестойкости строительных конструкций, как составная общей теории сопротивления зданий и сооружений, объединяет в одном направлении специальные знания из области термодинамики, теории теплопереноса и массопереноса, строительной механики, теории конструктивной безопасности и живучести несущих систем, силового и средового сопротивления материалов к разрушению и деформированию, теории надёжности, теории вероятности, а также ряда других областей строительной науки.

Целью настоящего дипломного проекта является оценка соответствия огнестойкости несущих конструкций в строящемся здании конно-спортивного комплекса в поселке Верхнее Дуброво Свердловской области, оценка принятых объемно-планировочных решений требованиям пожарной безопасности объекта в целом, а так же разработка инженерно-технических решений и мероприятий для приведения здания к установленным требованиям в области пожарной безопасности.

С 1 июля 2008 г. действует постановление Правительства Российской Федерации № 87 от 16.02.2008 года, утвердившее Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию (далее Положение).

В соответствии с п. 26 Положения должен быть разработан раздел проектной документации "Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности". Данный раздел является одним из основных разделов проектной документации. Выполнение мероприятий, заложенных в этом разделе, направлено на обеспечение безопасности, защиту жизни и здоровья людей и защиту имущества при пожаре.

Составной частью раздела "Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности" является описание и обоснование принятых конструктивных и объемно-планировочных решений, степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности здания.

Актуальность дипломного проекта обусловлена необходимостью повышения огнестойкости несущих конструкций здания, совершенствования методов обеспечения огнестойкости, путей ее регулирования и увеличения эксплуатационной надежности, на примере конно-спортивного комплекса.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- оценить запроектированные строительные конструкции здания на соответствие требованиям пожарной безопасности, применяя МДС 21-1.98 (Пособие к СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений");

- предложить технические решения по повышению пределов огнестойкости строительных конструкций;

- выполнить экономическое обоснование предложенных технических решений.

То есть объектом исследовательского компонента проекта является процесс оценки огнестойкости несущих конструкций здания, а предметом - оценка огнестойкости несущих конструкций конно-спортивного комплекса.

Теоретической методологической основой проекта являются труды специалистов в области пожарной безопасности, таких как: А.А. Землянский, И. Яковлев; А Ф.Е.Гитман, В.Г.Олимпиев, и др.

В проекте введение, 5 глав и заключение, а так же приложения.

В главе 1 речь идет о нормативных требованиях к несущим конструкциям здания, порядок отнесения зданий к определенным степеням огнестойкости.

Глава 2 состоит из оценки соответствия здания конно-спортивного комплекса требованиям пожарной безопасности в целом, разработки комплекса мероприятий по приведению объекта в соответствие с требованиями пожарной безопасности, создание специальных технических условий, а в последующем и разработка рабочего проекта огнезащиты несущих конструкций.

Глава 3 содержит экологическое влияние выбранных составов огнезащиты.

Охрана труда на объекте при работе по нанесению огнезащитных материалов указана в главе 4.

Глава 5 содержит экономическое обоснование выбранных способов огнезащиты.

В приложении приводятся чертежи и таблицы.



1. Оценка огнестойкости несущих конструкций зданий и сооружений

1.1 Термины и определения

Ниже приведены основные термины и нормативные особенности, применяемые в дипломном проекте.

Степень огнестойкости - классификационная характеристика объекта, определяемая показателями огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций. Она обозначается римскими цифрами: I, II, III и т.д.[1]

Предел огнестойкости: показатель сопротивляемости конструкции огню (огнестойкости).[1]

Огнестойкость строительной конструкции: способность строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара.[10]

Пожарный отсек: это часть здания, выделяемая противопожарными преградами (стенами, зонами, перекрытиями) с целью ограничения возможной площади пожара и обеспечения условий для его ликвидации.

Пожарная секция: часть пожарного отсека, выделенная противопожарными преградами в соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности. [11]

Класс функциональной пожарной опасности зданий, сооружений и пожарных отсеков - классификационная характеристика зданий, сооружений и пожарных отсеков, определяемая назначением и особенностями эксплуатации указанных зданий, сооружений и пожарных отсеков, в том числе особенностями осуществления в указанных зданиях, сооружениях и пожарных отсеках технологических процессов производства.[3]

Конструктивная огнезащита: способ огнезащиты строительных конструкций, основанный на создании на обогреваемой поверхности конструкции теплоизоляционного слоя средства огнезащиты. К конструктивной огнезащите относятся толстослойные напыляемые составы, огнезащитные обмазки, штукатурки, облицовка плитными, листовыми и другими огнезащитными материалами, в том числе на каркасе, с воздушными прослойками, а также комбинации данных материалов, в том числе с тонкослойными вспучивающимися покрытиями. Способ нанесения (крепления) огнезащиты должен соответствовать способу, описанному в протоколе испытаний на огнестойкость и в проекте огнезащиты. [11]

Тонкослойное огнезащитное покрытие (вспучивающееся покрытие, краска): способ огнезащиты строительных конструкций, основанный на нанесении на обогреваемую поверхность конструкции специальных лакокрасочных составов с толщиной сухого слоя не превышающей 3 мм, увеличивающих ее многократно при нагревании. [10]

Проект огнезащиты: проектная документация и (или) рабочая документация, содержащая обоснование принятых проектных решений по способам и средствам огнезащиты строительных конструкций для обеспечения их предела огнестойкости по ГОСТ 30247 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость". Общие требования, с учетом экспериментальных данных по огнезащитной эффективности средства огнезащиты, а также результатов прочностных и теплотехнических расчетов строительных конструкций с нанесенными средствами огнезащиты.[12]

Система оповещения и управления эвакуацией людей (СОУЭ): комплекс организационных мероприятий и технических средств, предназначенный для своевременного сообщения людям информации о возникновении пожара, необходимости эвакуироваться, путях и очередности эвакуации.[9]

Максимально допустимое расстояние: наибольшее расстояние по уличной сети дорог населенного пункта или производственного объекта от пожарного депо до объекта предполагаемого пожара, при котором гарантируется достижение соответствующей цели выезда оперативного подразделения пожарной охраны на пожар.[12]

Категория пожарной (взрывопожарной) опасности объекта: классификационная характеристика пожарной (взрывопожарной) опасности здания (или частей здания между противопожарными стенами -- пожарных отсеков), сооружения, строения, помещения, наружной установки.[11]

Сценарий аварии: модель последовательности событий с определенной зоной воздействия опасных факторов пожара на людей, здания, сооружения и технологическое оборудование.[13]

Удельная пожарная нагрузка: количество теплоты, которое может выделиться в помещение при пожаре, отнесенное к площади размещения находящихся в помещении горючих и трудногорючих веществ и материалов.[9]

Необходимое время эвакуации - время с момента возникновения пожара, в течение которого люди должны эвакуироваться в безопасную зону без причинения вреда жизни и здоровью людей в результате воздействия опасных факторов пожара;[10]

Индивидуальный пожарный риск -- пожарный риск, который может привести к гибели человека в результате воздействия опасных факторов пожара;[2]

Имитационное моделирование (ситуационное моделирование) -- метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности.[33]

Пожарная опасность -- состояние, при котором возможно возникновение и развитие пожара.[1]

Пожарная опасность конструкции -- свойство (или совокупность свойств) строительной конструкции, влияющее на развитие и образование опасных факторов пожара.[1]

Опасные факторы пожара, воздействие которых приводит к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу.[2]

Несущие конструкции --конструкции, обеспечивающие общую устойчивость и геометрическую неизменяемость зданий, сооружений при пожаре, - несущие стены, рамы, колонны, ригели, арки, фермы и балки перекрытий, связи, диафрагмы жесткости и т.п. К пределу огнестойкости несущих элементов здания, выполняющих одновременно функции ограждающих конструкций, например, к несущим стенам, в нормативных документах должны предъявляться дополнительные требования по потере целостности (Е) и теплоизолирующей способности (I) с учетом класса функциональной пожарной опасности зданий и помещений. [2]

1.2 Основные нормативные требования пожарной безопасности для зданий и сооружений

Минимизация суммы экономического ущерба и затрат на противопожарную защиту в строительных решениях зданий и сооружений обеспечивается в первую очередь соответствием степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности классу функциональной пожарной опасности при выполнении объемно-планировочных и конструктивных решений согласно функциональному назначению зданий и помещений и с учетом безопасности людей. Нормативные требования пожарной безопасности для зданий, сооружений, строительных конструкций, инженерного оборудования и строительных материалов приведены в Федеральном законе Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".

Пределы огнестойкости строительных конструкций приведены в табл. 1.1. и должны соответствовать степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков, принятой Федеральным законом Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".



Таблица 1.1. Предел огнестойкости несущих строительных конструкций

Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков	Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее
	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 утеплителем)	ферм, 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

Указанные в табл. 1.1. пределы огнестойкости соответствуют времени достижения одного или последовательно нескольких признаков предельных состояний: R - потеря несущей способности; Е - потеря целостности; I - потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений.

Значение предела огнестойкости конструкций устанавливают из эксперимента, расчетом или расчетно-аналитический, используя МДС 21-01.98 "Предотвращение распространения пожара. Пособие к СНиП21-01-97"Пожарная безопасность зданий и сооружений".

Пределы огнестойкости определяются в условиях стандартных испытаний по методикам, установленным нормативными документами по пожарной безопасности. Допускается пределы огнестойкости конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания, определять расчетно-аналитическими методами, установленными нормативными документами - Федеральным законом Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".

Класс пожарной опасности строительных конструкций приведен в табл. 1.2. и должен соответствовать классу конструктивной пожарной опасности зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков в соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".

Таблица 1.2. Класс пожарной опасности строительных конструкций

Класс конструктивной пожарной опасности здания	Несущие стержневые элементы (колонны, ригели, фермы)	Наружные стены с внешней стороны	Стены, перегородки, перекрытия и бесчердачные покрытия	Стены лестничных клеток и противопожарные преграды	Марши и площадки лестниц в лестничных клетках
С0	К0	К0	К0	К0	К0
С1	К1	К2	К1	К0	К0
С2	К3	К3	К2	К1	К1
С3	не нормируется	К1	К3

Предел огнестойкости и класс конструктивной пожарной опасности применяемых строительных конструкций должен подтверждаться в установленном порядке:

- протоколом испытаний или экспертным заключением, выданным организациями, аккредитованными в системе сертификации и услуг в области пожарной безопасности;

- экспертным заключением, выданным организациями, имеющими лицензию на этот вид деятельности;

- сертификатом пожарной безопасности;

- документом, одобренным или согласованным МЧС России и Минстроем России.



Таблица 1.3 Класс пожарной опасности конструкций

Класс пожарной опасности конструкций	Допускаемый размер повреждения конструкций, сантиметры	Наличие	Допускаемые характеристики пожарной опасности поврежденного материала+
	вертикальных	горизонтальных	теплового эффекта	горения	Группа
					горючести	воспламеняемости	дымообразующей способности
К0	0	0	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
К1	не более 40	не более 25	не регламентируется	отсутствует	не выше Г2+	не выше В2+	не выше Д2+
К2	более 40, но не более 80	более 25, но не более 50	не регламентируется	отсутствует	не выше Г3+	не выше В3+	не выше Д2+
К3	не регламентируется

Класс пожарной опасности конструкций определяется по ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности".

При проектировании, зависимости от функционального назначения здания, определяют требуемые классы пожарной опасности отделочных материалов для стен, потолков и покрытия полов, а также указывается предельная высота здания и этажность.

Класс пожарной опасности строительных материалов характеризуется параметрами строительных материалов, таких как: воспламеняемость, горючесть, дымообразуещая способность, токсичность продуктов горения, распространение пламени по поверхности покрытия полов, приведенными в табл. 1.4.



Таблица 1.4. Классы пожарной опасностистроительных материалов

Свойства пожарной опасности строительных материалов	Класс пожарной опасности строительных материалов в зависимости от групп
	КМ0	КМ1	КМ2	КМ3	КМ4	КМ5
Горючесть	НГ	Г1	Г1	Г2	Г2	Г4
Воспламеняемость	-	В1	В1	В2	В2	В3
Дымообразующая способность	-	Д1	Д3	Д3	Д3	Д3
Токсичность продуктов горения	-	Т1	Т2	Т2	Т3	Т4
Распространение пламени по поверхности для покрытия полов	-	РП1	РП1	РП1	РП2	РП4

В табл. 1.4. использованы следующие обозначения групп строительных материалов:

- НГ - негорючие;

- Г1 - слабогорючие;

- Г2 - умеренногорючие;

- Г3 - нормальногорючие;

- Г4 - сильногорючие;

- В1 - трудновоспланеямые;

- В2 - умеренновоспламеняемые;

- В3 - легковоспламеняемые;

- РП1 - нераспространяющие;

- РП2 - слабораспространяющие;

- РП3 - умереннораспространяющие;

- РП4 - сильнораспространяющие;

- Д1 - с малой дымообразующей способностью;

- Д2 - с умеренной дымообразующей способностью;

- Д3 - с высокой дымообразующей способностью;

- Т1 - малоопасные;

- Т2 - умеренноопасные;

- Т3 - высокоопасные;

- Т4 - чрезвычайноопасные.

Методы определения группы горючести, воспламеняемости, дымообразующей способности, токсичности и распространения пламени изложены в следующих нормативных документах:

- ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть";

- ГОСТ 30402-96 "Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость";

- ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения";

ГОСТ Р 51032-97* "Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени".

Рассмотрев основные выдержки из Федерального закона Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", следует отдельно отметить, что выбор соотношения между функциональной пожарной опасностью, степенью огнестойкости и классом конструктивной пожарной опасности, а также противопожарными мероприятиями на объекте определяют величину риска. Величина риска оценивается возможными социальными и материальными потерями. Сокращение риска до уровня приемлемого может достигаться повышением огнестойкости и снижением конструктивной пожарной опасности зданий, мероприятиями по ограничению распространения пожара, включая технические средства пожарной защиты.

Уровень риска для здания и сооружения определяется на основе исследования изменения величины вероятностных потерь от пожара при различных вариантах пожарной защиты. Допустимый уровень риска может быть рекомендован такой, при котором обеспечивается функционирование объекта в течение его срока службы, а происходящие пожары и загорания могут вызвать такие повреждения зданий и сооружений, при которых после выполнения ремонтных работ объект остается пригодным к эксплуатации. Обоснование технической возможности и экономической целесообразности такого уровня пожарной безопасности должно выполняться с учетом назначения и объемно-планировочных решений зданий, требуемого срока службы, степени ответственности, пожарной опасности объекта и надежности средств пожаротушения.

В ходе подготовки к строительству здания, разрабатывается раздел "Специальные технические условия", согласно Федеральному закону от 30.12.2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" ч.4 ст. 6, которые содержат строительные решения зданий и сооружений и противопожарные мероприятия, так же могут приниматься на основе оценки пожарной опасности и уровня защищенности, выполняемых при страховании объекта на случай пожара. Оценка вероятности возникновения и развития пожара, прогнозирование величины вероятностных потерь и их снижения за счет мер по предотвращению и быстрой ликвидации пожара, расчет сумм страховых платежей и компенсаций потерь от пожаров являются достаточным основанием для принятия согласованных в установленном порядке решений.

Условия соответствия объекта защиты требованиям пожарной безопасности

Пожарная безопасность объекта защиты считается обеспеченной согласно статьи 6 Федерального закона № 123-ФЗ от 22.07.2008 г. "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" при выполнении одного из следующих условий:

1) в полном объеме выполнены требования пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании", и пожарный риск не превышает допустимых значений, установленных настоящим Федеральным законом;

2) в полном объеме выполнены требования пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании", и нормативными документами по пожарной безопасности.

1.3 Методы определения огнестойкости несущих конструкций здания

Строительные конструкции, выполненные из органических материалов, являются одним из компонентов горючей системы и способствуют возникновению и распространению пожара. Конструкции, выполненные из неорганических материалов, не горят, но аккумулируют значительную часть теплоты (до 50%), выделяющуюся при пожаре. При определённой дозе аккумулированной теплоты, прочность конструкций падает и происходит их обрушение. Так, металл, который может нести значительные нагрузки десятки лет, при достижении критических температур 470-500°С разрушается.

Под огнестойкостью строительных конструкций понимается их способность сохранять несущую и ограждающую способность. Показателем огнестойкости строительных конструкций является предел огнестойкости - время (в часах, минутах) от начала испытания (пожара) конструкции до возникновения одного из следующих признаков:

а) появление трещин;

б) повышения температуры на её необогреваемой поверхности в среднем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания или более 200°С независимо от температуры конструкции до испытания;

в) потери несущей способности.

Наиболее распространённый и надёжный метод определения предела огнестойкости экспериментальный. Сущность метода (стандарт СЭВ 1000-78 "Противопожарные нормы строительного проектирования. Метод испытания строительных конструкций на огнестойкость") заключается в том, что конструкцию подвергают нагреву в специальных печах с одновременным воздействием нормативных нагрузок.

Многочисленные исследования реальных пожаров показали, что в их развитии можно выделить характерные этапы и стандартизировать режим "температура - время". В 1966 г. международной организацией по стандартизации для испытания строительных конструкций по экспериментальному методу была введена стандартная температурная кривая для характеристики температурного режима.

При испытаниях по экспериментальному методу отклонения температур от данных, допускаются в течение первых 30 мин и ±5% - в последующее время испытаний.

Однако экспериментальный метод имеет существенные недостатки. Испытания по этому методу требуют проведения громоздких и дорогих опытов, что затрудняет, в некоторых случаях, своевременно оценить огнестойкость различных видов новых строительных конструкций.

Теоретический путь является более перспективным и экономичным. Поэтому у нас в стране получают развитие расчётные методы оценки огнестойкости. Сущность расчёта в общем виде сводится к оценке распределения температур, по сечению конструкции в условиях пожара (теплотехническая часть), и вычислению несущей способности нагретой конструкции (статическая часть). Однако теория огнестойкости строительных конструкций ещё недостаточно разработана, поэтому даже опытному конструктору нелегко спроектировать нужную по качеству огнезащиту силовых элементов конструкций. Первая проблема, которую преодолевает инженер-практик на этом пути, заключается в определении характера распределения температур в сечениях материала строительной конструкции через некоторые интервалы времени. Иными словами, он должен решить задачу нестационарного прогрева материала силового элемента в условиях пожара.

Приближённое же решение с необходимой точностью может быть практически всегда найдено численными методами, особенно при использовании вычислительных машин.

Повышение температуры окружающей среды при пожаре сопровождается переносом теплоты в материал конструкции. Её тепло стремится к тепловому равновесию. Поэтому температура внутренних точек будет изменяться не только в зависимости от координат и их взаимного расположения, но и от времени. Такие процессы теплопередачи принято называть нестационарными.

В настоящее время разработано много различных методов решения задач нестационарной теплопроводности, приводящих к удовлетворительным для инженерной практики результатам. Эти методы условно можно разделить на две группы - аналитические и численные.

Вся методика расчета режимов нестационарного прогрева строительной конструкции переложена на современные вычислительные машины типа ЕС.

На практике чаще всего инженер определяет предел огнестойкости и ПР по МДС 21-1.98 (Пособие к СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений"). Ниже приведена таблица, примеров решения задачи определения огнестойкости аналитическим методом.

Таблица 1.5. Примеры конструктивного решения

Примеры конструктивного решения	Степень огнестойкости	Класс конструктивной пожарной опасности
Несущие и ограждающие конструкции из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов.	I	С0
Несущие конструкции из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона.	I	С1
Ограждающие конструкции с применением материалов группы Г2, защищенных от огня и высоких температур, класса пожарной опасности К1 междуэтажных перекрытий в течение 60 мин, наружных стен и бесчердачных покрытий в течение 30 мин. Стены наружные с внешней стороны могут быть с применением материалов группы Г3	I	С2
Несущие элементы из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона, а также из стальных конструкций с огнезащитой, обеспечивающей предел огнестойкости 45.	II	С0
Ограждающие конструкции с применением листовых и плитных негорючих материалов.	II	С1
Несущие элементы из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона, а также из стальных конструкций с огнезащитой, обеспечивающей предел огнестойкости 45.	II	С1
Ограждающие конструкции из панелей или поэлементной сборки, выполненные с применением материалов класса Г2, имеющие требуемый предел огнестойкости и класс пожарной опасности К1 перекрытий в течение 45 мин, покрытий и стен - в течение 15 мин. Наружная облицовка стен возможна из материалов группы Г3.	II	С1
Несущие элементы из цельной или клееной древесины, подвергнутой огнезащите, обеспечивающей предел огнестойкости 45 и класс пожарной опасности К2 в течение 45 мин.	II	С2
Ограждающие конструкции из панелей или поэлементной сборки, выполненные с применением материалов класса Г2, имеющие требуемый предел огнестойкости и класс пожарной опасности К2 перекрытий в течение 45 мин, покрытий и стен - в течение 15 мин. Наружная облицовка стен возможна из материалов группы Г4	II	С2
Несущие стержневые элементы из стальных незащищенных конструкций, стены, перегородки, перекрытия и покрытия из негорючих листовых или плитных материалов с негорючим утеплителем.	III	С0
Несущие элементы из цельной или клееной древесины и других горючих материалов, с огнезащитой, обеспечивающей предел огнестойкости 15 и класс пожарной опасности К1 в течение 15 мин	III	С1
Стены, перегородки, перекрытия и покрытия из негорючих листовых материалов с утеплителем из материалов групп Г1, Г2, класса пожарной опасности К1 в течение 45 мин для перекрытий и 15 мин - для стен и бесчердачных покрытий.	III	С1
Несущие элементы из цельной или клееной древесины или других горючих материалов, имеющие предел огнестойкости 15. Стены, перегородки, перекрытия и покрытия из листовых материалов и с утеплителем из материалов группы Г3	III	С2
Несущие и ограждающие конструкции, имеющие предел огнестойкости менее 15, с применением материалов групп Г1 и Г2.	IV	С1
Несущие и ограждающие конструкции из древесины, подвергнутой огнезащитной обработке или других материалов группы Г3.	IV	С2
Несущие и ограждающие конструкции из древесины или других материалов группы Г4	IV	С3

1.4 Методы повышения огнестойкости строительных конструкций

В случае если фактический предел огнестойкости не соответствует требуемому значению, используются средства для его повышения. К указанным средствам относятся конструктивная огнезащита и тонкослойные огнезащитные покрытия в соответствии с СП 2.13130.2012 "Системы противопожарной защиты, обеспечение огнестойкости объектов защиты".

Для изготовления строительных конструкций используются различные по природе и химическому составу материалы, различающиеся по физико-механическим и теплотехническим свойствам, горючести и сопротивляемости огню. Во многих случаях свойства конструкций оказываются несоответствующими требуемому уровню пожарной безопасности здания. При этом возникает необходимость изменения свойств за счет применения средств огнезащиты.

Средства огнезащиты для строительных конструкций следует использовать при условии оценки предела огнестойкости конструкций с нанесенными средствами огнезащиты по ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции", ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость", с учетом способа крепления (нанесения), указанного в технической документации на огнезащиту, и (или) разработки проекта огнезащиты.

Выбор вида огнезащиты осуществляется с учетом режима эксплуатации объекта защиты и установленных сроков эксплуатации огнезащитного покрытия. В случае строительства зданий и сооружений в сейсмическом районе при применении средств огнезащиты должны выполняться требования СП 14.13330.2011 "Строительство в сейсмических районах".

Существует несколько видов огнезащиты строительных конструкций.

Обетонирование, облицовка из кирпича.

Применение огнезащиты металлических конструкций при помощи бетона и кирпичной кладки наиболее рационально в тех случаях, когда одновременно с огнезащитой конструкций требуется произвести их усиление, например, при реконструкции зданий. Кирпичную облицовку применяют для огнезащиты вертикально расположенных конструкций. Армирование огнезащитной облицовки из кирпича назначают с учетом усиления связи в углах кирпичной кладки. Диаметр стержней арматуры принимают не более 8 мм. Армирование огнезащитного слоя бетона может быть разнообразным в зависимости от толщины слоя и требуемой степени усиления конструкции.

С помощью облицовок из бетона и кирпичной кладки обеспечивается предел огнестойкости до 2,5 часов, они устойчивы к атмосферным воздействиям и агрессивным средам. Но эти способы огнезащиты связаны с трудоемкими опалубочными и арматурными работами, малопроизводительны, значительно утяжеляют каркас здания и увеличивают сроки строительства. Кроме того, эти способы неприменимы для огнезащиты несущих конструкций перекрытий (фермы, балки) и связей по колоннам и фермам.

Согласно рекомендациям ЦНИИСК им. С.В. Кучеренко: ориентировочные значения толщины огнезащитного слоя бетона, необходимого для обеспечения предела огнестойкости стальных конструкций от 45 мин до 2,5 ч, составляют от 20 до60 мм.

Листовые и плитные облицовки и экраны

Для устройства облицовок металлических конструкций могут использоваться листовые и плитные теплоизоляционные материалы, например: гипсокартонные и гипсоволокнистые листы, асбестоцементные и перлитофосфогелиевые плиты, плиты на основе вспученного вермикулита. Для крепления листовых и плитных материалов к металлической конструкции приваривают крепежные элементы (стальные пластины, уголки, штыри). Устройство данного средства огнезащиты не требует очистки поверхности защищаемых конструкций от ранее нанесенных лакокрасочных покрытий.

По данным ВНИИПО и ЦНИИСК им. С.В. Кучеренко с помощью листовых и плитных облицовок обеспечивается предел огнестойкости до 2,5 часов.

Листовые и плитные облицовки и экраны практически применимы для колонн, стоек и балок. Но для ферм покрытия и связей применение этих средств огнезащиты нерационально. Также ограничивают применение листовых и плитных облицовок перерасход материала при низком уровне требуемых пределов огнестойкости защищаемых конструкций и высокий уровень паропроницаемости.

Штукатурки

Использование цементно-песчаной штукатурки обусловлено такими достоинствами, как низкая стоимость материалов для приготовления состава, обеспечение значительного предела огнестойкости защищаемой конструкции (до 2,5 часа), устойчивость к атмосферным воздействиям.

В то же время это средство огнезащиты имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение, к которым относятся: большая трудоемкость работ по нанесению покрытия из-за необходимости армирования стальной сеткой; увеличение нагрузок на фундаменты зданий за счет утяжеления каркаса; необходимость применения антикоррозионных составов. Кроме того, штукатурки не отвечают эстетическим требованиям и не могут быть нанесены на конструкции сложной конфигурации (фермы, связи и т. д.).

Стремление снизить массу штукатурного покрытия привело к разработке легких штукатурок с содержанием асбеста, перлита, вермикулита, фосфатных соединений и других материалов. Однако снижение массы приводит к появлению недостатков, свойственных облегченным штукатуркам: снижение конструктивной прочности, недостаточная адгезия к покрываемой поверхности. Следует отметить, что штукатурные смеси на жидком стекле, извести и гипсе могут использоваться в помещениях с относительной влажностью не более 60%.

Огнезащитные покрытия на основе неорганического связующего

В качестве вяжущего для облегченных огнезащитных покрытий наиболее широко применяется жидкое стекло или силикофосфатное связующее. Жидкое стекло обладает способностью реагировать при высоких температурах с окислами наполнителей с образованием жаростойких соединений.

Огнезащитные покрытия на основе неорганического связующего обладают огнезащитной эффективностью от 45 мин до 2,5 ч при толщине покрытия от 5 до 65 мм. Однако, вследствие высокой плотности структуры, огнезащитные материалы на основе жидкого стекла отличаются повышенной хрупкостью и значительной усадкой при увлажнении и высушивании. Для них свойственна высокощелочная реакция, что является причиной разрушения грунтовочных составов и отслаивания покрытия от поверхности конструкции.

Перед нанесением огнезащитных покрытий на основе неорганического связующего необходимо произвести тщательную очистку поверхности защищаемой конструкции от ранее нанесенных лакокрасочных покрытий, ржавчины и обезжирить. Покрытия могут применяться в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 85%.

Огнезащитные составы терморасширяющегося типа

Огнезащитные составы терморасширяющегося типа являются одним из перспективных направлений огнезащиты. Их огнезащитное действие основано на вспучивании нанесенного покрытия при температурах 170-250°С и образовании пористого теплоизолирующего слоя, который препятствует прогреву металла (ж/бетона) до температуры, при которой конструкция теряет свою несущую способность. Состав огнезащитных паст разнообразен: от водной дисперсии с неорганическими и органическими наполнителями до красок на органическом растворителе с минеральным наполнителем. Современные огнезащитные составы, нанесенные на поверхность толщиной до 2 мм под воздействием высоких температур увеличиваются в объеме в 10-40 раз и обладают огнезащитной эффективностью до 2 часов.

Покрытия, предназначенные для повышения предела огнестойкости несущих металлоконструкций, характеризуется группой огнезащитной эффективности, определяемой по методике, изложенной в ГОСТ Р 53295-2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.". За предельное состояние принимается достижение критической температуры 500°С опытного образца с нанесенным покрытием (стальная колонна двутаврового сечения профиля №20 по ГОСТ 8239-89 или профиля №20 Б1 по ГОСТ 26020-83 высотой 1700 мм) в условиях стандартных испытаний.

Огнезащитная эффективность средств огнезащиты в зависимости от наступления предельного состояния металлоконструкции подразделяется на семь групп в соответствии с ГОСТ Р 53295-2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности":

- 1-я группа - не менее 150 мин.;

- 2-я группа - не менее 120 мин.;

- 3-я группа - не менее 90 мин.;

- 4-я группа - не менее 60 мин.;

- 5-я группа - не менее 45 мин.;

- 6-я группа - не менее 30 мин.;

- 7-я группа - не менее 15 мин.

Определены следующие группы огнезащитной эффективности в соответствии с ГОСТ Р 53292-2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности":

- I-я группа - потеря массы не более 9%;

- II-я группа - потеря массы более 9%, но не более 25%;

- При потере массы более 25% состав не является огнезащитным.

Покрытия, предназначенные для повышения предела огнестойкости несущих деревянных конструкций, характеризуются группой огнезащитной эффективности, определяемой по методике, изложенной в ГОСТ Р 53292-2009 "Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний" и зависящей от потери массы образца (бруски из древесины сосны с поперечным сечением 30х60 мм и длиной вдоль волокон 150 мм) в условиях стандартных испытаний.

Параметр огнезащитной эффективности носит классификационно-сравнительный характер и не может быть непосредственно использован для оценки нормируемых пожарно-технических характеристик строительных конструкций - предела огнестойкости и показателей пожарной опасности.

Исходные данные для проведения этих оценок предоставляются разработчиком средств защиты по результатам испытаний образцов с проектными параметрами.

Производство и поставка огнезащитных составов, проектирование и производство работ по огнезащите должны осуществляться только организациями, имеющими лицензию Государственной противопожарной службы на данный вид деятельности. Все огнезащитные составы и покрытия подлежат обязательной сертификации в области пожарной безопасности. Применение средств огнезащиты должно осуществляться в соответствии с технической документацией и проектом, разработанным, согласованным и утвержденным в порядке. Испытания по определению огнезащитной эффективности должны проводиться в специализированной организации, имеющей соответствующую аккредитацию и лицензию.

Помимо показателей огнестойкости при выборе огнезащиты должны учитываться следующие параметры составов и технологии нанесения:

- срок эксплуатации;

- условия хранения и эксплуатации;

- сейсмостойкость (для объектов, возводимых в сейсмостойких районах);

- возможность дезактиваций (для объектов атомной энергетики);

- возможность дегазации (для объектов химических производств);

- возможность и периодичность замены или восстановления;

- ремонтопригодность;

- срок эксплуатации;

- способы подготовки поверхности;

- марки грунтов;

- марки декоративных и защитных покрытий;

- инструмент и агрегаты для нанесения.

1.5 Порядок проектирования огнезащиты несущих строительных конструкций

Проектная документация разрабатывается в соответствии с действующими нормами и правилами пожарной безопасности и на основании рабочей документации на строительство, ремонт или реконструкцию объекта.

Разработка проекта огнезащиты включает в себя поэтапное выполнение следующих мероприятий.

1. Анализ технической документации проекта.

2. Определение требуемых пределов огнестойкости несущих конструкций.

3. Разложение общей схемы несущего каркаса здания на отдельные элементы.

4. Расчет собственных пределов огнестойкости элементов.

5. Определение необходимости нанесения огнезащитного покрытия на элементы.

6. Подбор средств огнезащиты.

7. Расчет потребной толщины огнезащиты для каждого элемента.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются с использованием данных, приведенных в табл. 1.3.

Порядок проектирования огнезащиты несущих металлических конструкций

Оценка собственных пределов огнестойкости стержневых стальных конструкций (без огнезащиты) проводится по табл.1.6, составленной на основе расчетных данных - А.И. Яковлев "Расчет огнестойкости строительных конструкций", Москва, Стройиздат, 1988 г.

Таблица 1.6. Оценка собственных пределов огнестойкости стержневых стальных конструкций (без огнезащиты)

Приведенная толщина металла (ПТМ), мм	Собственный предел огнестойкости (Пф), мин
3	7
4	8
5	9
10	15
15	18
20	21
30	27
40	34
60	43

При приведенной толщине металла менее 3 мм собственный предел огнестойкости металлоконструкции принимается равным 5 мин - А.И. Яковлев "Расчет огнестойкости строительных конструкций", Москва, Стройиздат, 1988 г.

Приведенная толщина металла определяется по следующей формуле:

- ПТМ = S/P, где

S - площадь поперечного сечения профиля, ммІ;

Р - периметр обогреваемой части сечения, мм.

Промежуточные значения собственных пределов огнестойкости металлоконструкций определяются методом линейной интерполяции по следующей формуле:

- Пф = (Пф2 - Пф1) / (ПТМ2 - ПТМ1) * (ПТМ - ПТМ1) + Пф1, где

Пф - искомый предел огнестойкости;

ПТМ1 и ПТМ2 - ближайшее нижнее и верхнее значение приведенных толщин металла, приведенные в табл. 1.6;

- Пф1 и Пф2 - пределы огнестойкости, соответствующие значениям приведенных толщин ПТМ1 и ПТМ2.

Пример расчета.

Необходимо определить собственный предел огнестойкости швеллера №18 (ГОСТ 8240-89).

Приведенная толщина металла данного швеллера равна:

ПТМ = (20,7 * 10І) / 640 = 3,23 мм

ПТМ1 = 3; ПТМ2 = 4;

Пф1 = 7; Пф2 = 8;

Искомый предел огнестойкости швеллера равен:



Пф = (8 - 7) / (4 - 3) * (3,23 - 3) +7 = 7,23 мин.

В случае, когда собственной предел огнестойкости стержневого элемента ниже требуемого предела огнестойкости несущих конструкций, необходимо проведение компенсационных мероприятий.

Потребные толщины покрытий на основе огнезащитных материалов определяются из матриц зависимости экспериментально полученных фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с нанесенным на них огнезащитным покрытием от толщины этого покрытия и приведенной толщины металла элемента конструкции.

Промежуточные значения толщин огнезащитных покрытий для обеспечения требуемого предела огнестойкости определяется методом линейной интерполяции по следующей формуле:

- д = (д2 - д1) / (ПТМ2 - ПТМ1) * (ПТМ - ПТМ1) + д1, где

д - искомое значение толщины покрытия;

ПТМ1 и ПТМ2 - ближайшее к ПТМ нижнее и верхнее значения приведенной толщины металлоконструкции, представленные в матрице;

д1 и д2 - толщины огнезащитного покрытия, соответствующие ПТМ1 и ПТМ2 для требуемого предела огнестойкости.

Порядок проектирования огнезащиты несущих железобетонных конструкций

Расчетную оценку собственного предела огнестойкости несущих железобетонных конструкций необходимо выполнять с учетом действия нормативных проектных нагрузок. Расчет должен проводиться с учетом положений, изложенных в СП 63.13330.2012 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003".

Для достижения требуемого предела огнестойкости используют тонкослойные вспучивающиеся при воздействии температуры покрытия, а также конструктивную огнезащиту в виде специальных штукатурных составов или облицовочных материалов, либо комбинацию этих методов.

Для учета влияния огнезащитного покрытия на огнестойкость железобетонных конструкций необходимо использовать положения "Методического пособия по учету тепло-огнезащиты в расчетах огнестойкости железобетонных конструкций". ОАО НИЦ "Строительство", 2013 г.

Обоснованность принятых конструктивных решений огнезащиты должна подтверждаться в соответствии с ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции", а применительно к тоннельным сооружениям в соответствии с "Методикой определения огнезащитной эффективности средств огнезащиты железобетонных конструкций автодорожных тоннельных сооружений" ФГУ ВНИИПО МЧС России, Москва, 2007 г.

Порядок проектирования огнезащиты несущих деревянных конструкций

Определение требуемых пределов огнестойкости проводится по табл. 1.1. Класс пожарной опасности строительных конструкций - по табл. 1.2. Характеристики пожарной опасности строительных конструкций и материалов - по табл. 1.3.

В соответствии с СП 64.13330.2011 "Деревянные конструкции", актуализированная редакция СНиП II-25-80, на стадии проектирования собственный предел огнестойкости конструкций из древесины может быть ориентировочно определен на основании учета скорости обугливания элементов конструкции. Скорость обугливания принимается равной 0,7 мм/мин для элементов сечением 120х120 мм и более и 1 мм/мин для элементов со стороной сечения менее 120 мм.

В случае, когда собственный предел огнестойкости стержневого элемента ниже требуемого, необходимо проведение компенсационных мероприятий. Как правило, это нанесение огнезащитных тонкослойных покрытий.

Предел огнестойкости несущей конструкции с нанесенным огнезащитным покрытием подтверждается по методикам ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции", ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость" для выбранного стержневого элемента с опорными узлами.

При выборе огнезащитных и пропиточных составов для обеспечения класса пожарной опасности конструкций следует руководствоваться результатами сертификационных испытаний конструкций в соответствии с ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности", ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть", ГОСТ 30402-96 "Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость", ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения".