Метод расчета требуемого предела огнестойкости строительных конструкций

Л.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости

Метод расчета требуемых пределов огнестойкости железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций промышленных зданий (сооружений) учитывает характеристики технологических процессов и устанавливает соответствующие требования к огнестойкости конструкций, исходя из нормируемого риска достижения предельного состояния конструкций по признаку потери несущей и теплоизолирующей способностей в условиях реальных пожаров.

Требуемые пределы огнестойкости устанавливаются на основе определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффициента огнестойкости. Коэффициент огнестойкости рассчитывают в зависимости от заданной предельной вероятности отказов конструкций в условиях реальных пожаров.

"Рис. Л.1 Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара t_НСП от объема V, высоты H помещения и количества пожарной нагрузки q"

"Рис. Л.2 Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара t_НСП от объема V и высоты H помещения"

Л.1.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости в помещении проводят для случаев локального или объемного пожаров. Для определения вида пожара сначала по рисункам Л.1 и Л.2 находят минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. При распространении огня по пожарной нагрузке, отличающейся по свойствам от древесины, продолжительность НСП вычисляется по формуле

p 2 p 2 0,333

t = t (n Q U /(n Q U), (Л.1)

НСП НСП др Н ср i H ср

i д i i

где n, n - средние скорости выгорания древесины и i-го компонента

др i твердого горючего или трудногорючего материала,

кг/(м2 x мин);

P p

Q = 13,8 МДж/кг, Q - низшие теплоты сгорания древесины и i-го

H H компонента соответственно, МДж/кг;

Д i

U, U - средние линейные скорости распространения по

ср ср древесине и i-му компоненту соответственно, м/мин.

i

После определения продолжительности НСП проверяют неравенство:

S <= пи (U t), (Л.2)

т ср НСП

i i

где S - площадь под пожарной нагрузкой, м2.

т

Если условие (Л.2) выполняется, то пожарная нагрузка расположена сосредоточенно, в помещении будет локальный пожар.

В противном случае пожарная нагрузка расположена рассредоточенно, в помещении будет объемный пожар.

На основе данных проектной документации, пожарно-технических обследований, а также справочных материалов определяется эквивалентная продолжительность пожара t_э для выбранной конструкции в рассматриваемом помещении. Эквивалентную продолжительность пожара определяют по известным значениям проемности помещения П, м(0,5) и характерной длительности пожара t_п, ч.

Фактор проемности помещения при объемном пожаре П рассчитывают по формуле

┌

│ N

│ Сумма А кв.корень(h /S) для V > 1000 м3;

П = ┤ i-1 i i (Л.3)

│ N 0,667

│Сумма А кв.корень(h /V) для V < 1000 м3;

│ i-1 i i

└

где S - площадь пола, м2;

V - объем помещения, м3;

А - площадь, м2;

i

h - высота i-го проема в помещении, м;

i

N - количество проемов.

В случае локального пожара фактор проемности рассчитывают по формуле

П = Н/кв.корень(F), (Л.4)

где H - расстояние от зеркала горения до конструкции (высота помещения),

м;

F - площадь пожарной нагрузки (разлива), м2.

Характерную длительность объемного пожара t_п, ч, для твердых горючих и трудногорючих материалов рассчитывают по формуле

"Формула (Л.5)"

n, n определяют экспериментально или по справочным данным.

др j

При горении ЛВЖ и ГЖ продолжительность локального пожара t_л, мин, рассчитывают по формуле

G

t = ────, (Л.6)

л М F

ср

где G - количество ЛВЖ и ГЖ, которое может разлиться при аварийной

ситуации, кг;

М - средняя скорость выгорания ЛВЖ и ГЖ, кг/(м2 x мин);

ср

F - площадь разлива, м2.

Для рассматриваемого типа конструкций по номограммам (рисунки Л.3 - Л.9) определяют эквивалентную продолжительность пожара t_э (t_п, П) [t_п - определено по формулам (Л.5) или (Л.6) в зависимости от вида пожара, а П вычислено по формулам (Л.3) или (Л.4)].

"Рис. Л.3 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от продолжительности пожара для железобетонных и огнезащитных металлических конструкций перекрытия в условиях локальных пожаров t_л (или продолжительности НСП t_НСП) при горении твердых и трудногорючих материалов"

"Рис. Л.4 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от продолжительности пожара t_л для железобетонных и огнезащитных металлических конструкций перекрытия при горении ЛВЖ и ГЖ"

"Рис. Л.5 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от продолжительности пожара t_л для горизонтальных незащищенных металлических конструкций"

"Рис. Л.6 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от продолжительности пожара t_л для вертикальных незащищенных металлических конструкций"

"Рис. Л.7 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от характерной продолжительности пожара t_п для огнезащищенных металлических и железобетонных конструкций перекрытия"

"Рис. Л.8 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от характерной продолжительности объемного пожара t_п для железобетонных несущих стен"

"Рис. Л.9 Зависимость эквивалентной продолжительности пожара t_э от характерного времени объемного пожара t_п для центрально сжатых железобетонных колонн"

Л.1.2 Коэффициент огнестойкости выбранной конструкции К_о определяют по значению предельной вероятности отказов Р_п_i с учетом допустимой вероятности отказов конструкций Р_доп_i. Значения Р_доп_i в зависимости от того, какой группе конструкций i принадлежит выбранная конструкция, приведены в таблице Л.1.

Таблица Л.1 - Допустимые вероятности отказов конструкций от пожаров Р_доп_i

┌──────────────────────────────────────────────────┬────────────────────┐

│ Группа конструкций │Вероятность отказов │

├──────────────────────────────────────────────────┼────────────────────┤

│Вертикальные несущие конструкции, противопожарные│ 10(-6) │

│преграды, ригели, перекрытия, фермы, балки │ │

│ │ │

│Другие горизонтальные несущие конструкции,│ 10(-5) │

│перегородки │ │

│ │ │

│Прочие строительные конструкции │ 10(-4) │

└──────────────────────────────────────────────────┴────────────────────┘

Предельные вероятности отказов конструкций в условиях пожаров Р_п_i рассчитывают по формуле

Р

доп

i

Р = ────────────────────, (Л.7)

п P S(l - P)(l - P)

i о A п.о

где Р - вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м2 площади

о помещения;

Р - вероятность выполнения задачи (тушения пожара) автоматической

А установкой пожаротушения;

Р - вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарной

п.о охраны.

Ро рассчитывают по методу, приведенному в ГОСТ 12.1.004, или берут

из таблицы Л.2.

Таблица Л.2 - Вероятности возникновения пожара Р_о для промышленных помещений

┌──────────────────────────────────────────────┬────────────────────────┐

│ Промышленный цех │ Вероятность │

│ │ возникновения пожара │

│ │ Р_о, м/год х 10(-5) │

├──────────────────────────────────────────────┼────────────────────────┤

│По обработке синтетического каучука и│ 2,65 │

│искусственных волокон │ │

│ │ │

│Литейные и плавильные │ 1,89 │

│ │ │

│Механические │ 0,60 │

│ │ │

│Инструментальные │ 0,60 │

│ │ │

│По переработке мясных и рыбных продуктов │ 1,53 │

│ │ │

│Горячей прокатки металлов │ 1,89 │

│ │ │

│Текстильного производства │ 1,53 │

│ │ │

│Электростанций │ 2,24 │

└──────────────────────────────────────────────┴────────────────────────┘

Оценки P_А, берут из таблицы Л.3.

Таблица Л.3 - Вероятности выполнения задачи АУП Р_А

┌──────────────────────────────────────────────┬────────────────────────┐

│ Тип АУП │ Вероятность выполнения │

│ │ задачи │

├──────────────────────────────────────────────┼────────────────────────┤

│Установки водяного пожаротушения: │ │

│ │ │

│спринклерные; │ 0,571 │

│ │ │

│дренчерные │ 0,588 │

│ │ │

│Установки пенного пожаротушения │ 0,648 │

│ │ │

│Установки газового пожаротушения с: │ │

│ │ │

│механическим пуском; │ 0,518 │

│ │ │

│пневматическим пуском; │ 0,639 │

│ │ │

│электрическим пуском │ 0,534 │

└──────────────────────────────────────────────┴────────────────────────┘

Р_п.о устанавливают по статистическим данным или расчетом с учетом установки автоматических средств обнаружения пожара, сил и средств пожарной охраны. В случае отсутствия данных по пожарной охране и системе пожарной сигнализации следует положить Р_п.о = 0.

По вычисленным значениям Р_п_i определяют значение характеристики безопасности бета, при необходимости интерполируя данные таблицы Л.4.

Таблица Л.4 - Значения характеристики безопасности бета

┌───────────────────┬────────────────┬─────────────────────┬────────────┐

│Вероятность отказов│ Характеристика │ Вероятность отказов │Характерис- │

│ конструкций при │ безопасности │ конструкций при │ тика │

│ пожаре Р_п_i │ бета │ пожаре Р_п_i │безопасности│

│ │ │ │ бета │

├───────────────────┼────────────────┼─────────────────────┼────────────┤

│ ┐ │ │ ┐ │ │

│ 10 │ │ 3,7 │ 10 │ │ 2,3 │

│ 2,5 │ │ 4,1 │ 2,5 │ │ 2,8 │

│ 0,6 } x 10(-5)│ 4,4 │ 0,6 } x 10(-3) │ 3,2 │

│ 0,3 │ │ 4,5 │ 0,3 │ │ 3,5 │

│ ┘ │ │ ┘ │ │

│ │ │ │ │

│ ┐ │ │ ┐ │ │

│ 10 │ │ 3,1 │ 10 │ │ 1,3 │

│ 2,5 │ │ 3,5 │ 2,5 │ │ 2,0 │

│ 0,6 } x 10(-4)│ 3,8 │ 0,6 } x 10(-2) │ 2,5 │

│ 0,3 │ │ 4,0 │ 0,3 │ │ 2,6 │

│ │ │ │ ┘ │ │

│ ┘ │ │ │ │

└───────────────────┴────────────────┴─────────────────────┴────────────┘

Л.1.3 Расчет коэффициента огнестойкости К_o проводят по формуле

K = 0,527 ехр (0,36 бета). (Л.8)

о

В качестве примера в таблице Л.5 приведены значения K_o для условий P_o = 5 x 10(-6) м2/год и Р_A = 0,95, P_п.о.

Таблица Л.5 - Коэффициент огнестойкости К_о

┌───────────────┬────────────────────┬────────────────┬─────────────────┐

│Площадь отсеков│Вертикальные несущие│ Другие │ Прочие │

│ S, м2 │ конструкции, │ горизонтальные │ строительные │

│ │ противопожарные │ несущие │ конструкции │

│ │ преграды, балки, │ конструкции, │ │

│ │ перекрытия, фермы │ перегородки │ │

├───────────────┼────────────────────┼────────────────┼─────────────────┤

│ 1000 │ 1,36 │ 0,99 │ 0,58 │

│ │ │ │ │

│ 2500 │ 1,52 │ 1,14 │ 0,75 │

│ │ │ │ │

│ 5000 │ 1,69 │ 1,26 │ 0,87 │

│ │ │ │ │

│ 7500 │ 1,79 │ 1,31 │ 0,94 │

│ │ │ │ │

│ 10000 │ 1,84 │ 1,42 │ 0,99 │

│ │ │ │ │

│ 20000 │ 2,03 │ 1,47 │ 1,10 │

└───────────────┴────────────────────┴────────────────┴─────────────────┘

Л.1.4 Требуемый предел огнестойкости t_о рассчитывают по вычисленным значениям t_э и К_о

t = K t. (Л.9)

o o э

Примеры

1 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха при свободном горении 100 кг индустриального масла на площади F = 3 м2. Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять, что допустимая вероятность отказов Р_доп равна 10(-6).

Расчет

Из справочников найдем, что скорость выгорания масла М_ср = 2,7 кг/(м2 x мин). Тогда вычислим продолжительность локального пожара t_п по формуле (Л.6)

t = 100/(3 x 2,7) приблизительно = 12,4 мин.

п

Проемность П в случае локального пожара определим по формуле (Л.4)

П = 4/кв.корень(3) приблизительно = 2,3.

Теперь найдем эквивалентную продолжительность пожара t_э для железобетонной плиты перекрытия при горении индустриального масла. По рисунку Л.4 получим t_э < 0,5 ч. Согласно условию задачи Р_А = Р_п.о. = 0, а по таблице Л.2 находим Р_о = 0,6 х 10(-5) м2/год. Тогда предельная вероятность Р_п, вычисленная по формуле (Л.6), равна:

-6 -6 -4

Р = 10 /(6 х 10 х 18 х 12) приблизительно = 7,7 х 10.

п

Интерполируя данные таблицы Л.4, находим, что бета приблизительно = 3,1. Теперь вычислим коэффициент огнестойкости по формуле (Л.8):

К = 0,527 ехр (0,36 х 3,1) приблизительно = 1,6.

о

Требуемый предел огнестойкости t_o равен:

t < 1,6 x 0,5 = 0,8 ч.

о

2 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха в условиях объемного пожара при свободном горении древесины с плотностью нагрузки 20 кг x м(-2). Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять Р_доп = 10(-6) м2/год.

Расчет

Определим фактор проемности П. Объем V помещения равен

V = 18 x 12 x 4 = 864 м3 < 1000 м3.

Тогда по формуле (Л.3) получаем

0,667

П = 4 х 3 кв.корень 3/864 приблизительно = 0,23.

Характерную продолжительность пожара вычислим по формуле (Л.4). Общее количество пожарной нагрузки G равно

G = 20 x 18 x 12 = 4320 кг.

По формуле (Л.4) определяем, что

t = 4320 x 13,8/(6285 x 12 x кв.корень(3)) приблизительно = 0,46 ч.

п

По рисунку Л.7 определяем эквивалентную продолжительность пожара t_э для железобетонной плиты перекрытия при вычисленных значениях П и t_п. Получаем, что t_э приблизительно = 0,8 ч. С учетом вычисленного в примере 1 значения К_o найдем требуемый предел огнестойкости t_o:

t = 1,6 x 0,8 приблизительно = 1,3 ч.

Поиск по сайту: