Степень огнестойкости железобетонных конструкций: пособие по пределу

Пожар – это неконтролируемый процесс горения, который наносит материальный вред и приводит к гибели людей. Предотвратить новые случаи возгораний можно путем установления первопричин, а также выполнения обязательных практических мероприятий, направленных на улучшение ПБ. Практически каждая третья аварийная ситуация является результатом халатного отношения к огню. Курение в неположенном месте, нарушение правил эксплуатации электрооборудования, неправильное хранение легковоспламеняющихся предметов – все это в конечном счете приводит к необратимым последствиям.

Огнестойкие конструкции сдерживают пламя в разумных пределах до прибытия службы МЧС. Во время пожара воздух внутри помещения нагревается до 800–1500 °С. Под длительным воздействием высоких температур многие материалы начинают деформировать и разрушаться, что приводит к полному или частичному обрушению здания. Чтобы защитить несущие элементы и рассчитать возможные риски от ЧС, важно заранее определить степень огнестойкости тех или иных поверхностей. Впоследствии это позволит обеспечить пожарную безопасность на объекте в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов.

Общие сведения

Пожары относят к наиболее распространенным источникам ЧС техногенного характера. Чтобы начался процесс горения в одном месте должны одновременно присутствовать 3 составляющие: источник, окислитель, горючее вещество. Поскольку при отсутствии хотя бы одного элемента возникновение открытого огня невозможно, было разработано несколько методов предупреждения возгорания. Например, использование негорючих материалов или расчет пределов огнестойкости.

Строительные и отделочные сооружения делятся на 3 степени стойкости: горючие, трудногорючие, негорючие. В соответствии с действующими техническими регламентами жилые, общественные или промышленные объекты должны иметь конструкции из НГ материалов. В городских условиях пожар первым делом уничтожает обои, мебель, обивку, др. При этом разрушить стены открытый огонь не сможет, ведь они выполнены из негорючего материала – кирпича, бетона или железобетона.

На заметку! В деревянных строениях пожар развивается стремительнее всего и быстро перекидывается на соседние здания. Из-за этого огонь может охватить значительную территорию, привести к материальному ущербу и имущественным потерям.

Огонь обладает огромной разрушительной силой. Как показывают эксперименты, предел огнестойкости бетона достаточно хорош. Во время пожара блоки практически не нагреваются и не деформируются. Способность конструкции локализовать пламя и при этом сохранять свою функциональность определяется до появления критических состояний.

Классы строительных сооружений определяются ГОСТ 30244, 57327-2016. Национальные стандарты определяют порядок и методику исследования огнестойких элементов. Их технические характеристики устанавливается на основании 4 параметров. Обозначения:

• E – физическая, химическая целостность;
• I – сохранение теплоизоляции;
• W – обеспечение защиты;
• S – достижение дымогазонепроницаемости.

Стойкость железобетонных конструкций зависит от следующих факторов: планировочных особенностей здания, уровня эксплуатационных нагрузок, толщины защитных слоев, вида бетона, влажности, др.

Назначение

Расчет огнестойкости строительных конструкций необходим для разработки проекта пожарной безопасности. Для обеспечения огнезащиты здания используются практические мероприятия. Например, установка СОУЭ, АПС, АУПТ и нанесение специальных составов. Законодательная база РФ обязывает собственников и должностных лиц организовывать деятельность предприятия в соответствии с действующими требованиями, в том числе относительно обеспечения ПБ.

В полномочия Министерств входит не только охрана объектов, но и контроль объектов на предмет соответствия установленной нормативно-правовой базе. Разработанные инструменты позволили достичь положительной динамики по количеству пожаров, а также снизили возможный ущерб, включая человеческие жертвы.

На заметку! Главные положения в области пожарной безопасности указаны в Федеральном законе от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ.

Действующий документ определяет требования к объектам на всех этапах: проектирование, строительство, ремонт, прочее. Дополнительно данные вопросы регулируются Приказами МЧС, ГОСТ, СП. Должностные лица, юридические лица, ИП должны руководствоваться последними редакциями документов.

Степень огнестойкости железобетонных конструкций рассчитывается путем испытаний, а также сравнения полученных сведений с нормативными значениями. Во время эксперимента специалисты наблюдают как долго материал сохраняет целостность, теплоизоляцию, защитные функции, дымогазонепроницаемость.

Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него

Под воздействием высоких температур многие поверхности начинают нагреваться и деформироваться, что впоследствии приводит к их полному разрушению. Наиболее чувствительными к огню являются изгибаемые железобетонные элементы: плиты, балки, ригели, прогоны. Испытания показали, что их предел огнестойкости составляет R45-R90.

Столь малый показатель обусловлен тем, что арматура растянутой зоны этих конструкций, которая берет на себя основную нагрузку, защищена от огня только тонким защитным слоем бетона. Из-за этого поверхность быстро нагревается до критических величин.

При пожаре элементы находятся под воздействием высоких температур, которые изменяет свойства материала. Ухудшение прочности железобетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывают коэффициентом условий эксплуатации. От этого показателя зависит и сохранность несущей способности конструкции в случае ЧС. Для его определения используют теплотехнический расчет.

Среди всех строительных материалов бетон считается одним из наиболее долговечных и износостойких. Он способен сохранять свои свойства на протяжении десятилетий, при этом не разрушаясь. Такая поверхность эффективно справляется с механическими и тепловыми нагрузками, отличается морозостойкостью, устойчивостью к агрессивному воздействию внешней среды.

Предел огнестойкости железобетона устанавливается путем проведения различных экспериментов. Во время исследования определяется вид материала: горючий или негорючий, его воспламеняемость, дымообразующая способность, токсичность. Определение данных величина важно для обеспечения пожарной безопасности объекта.

На основании полученных данных предусматривается размещение автоматических систем оповещения, использование огнезащитных покрытий, установка первичных средств пожаротушения. Данные меры позволяют снизить количество возгораний, а также возможные последствия, включая человеческие жертвы.

Состав

Высокий уровень смертности на пожарах объясняется тем, что людям сложно найти безопасный выход из здания или укрыться от быстро распространяющегося огня. Часто строительные конструкции становятся непреодолимой преградой для безопасной эвакуации людей, а также проведения аварийно-спасательных работ. Из-за этого при возведении сооружения необходимо использовать негорючие материалы, например, железобетон.

Показатель стойкости объектов, сооружений, пожарных отсеков к огню – это классификационная характеристика, устанавливаемая посредством пределов целостности конструкций. Всего существует 5 категорий.

Степень огнестойкости указывается в проектной документации. Именно на основании этого показателя впоследствии определяется класс здания, а также выносится решение о применении той или иной огнезащиты.

К дополнительным свойствам некоторых железобетонных конструкций относят взрывозащищенность. Опасные факторы возникновения взрыва – это избыточное давление продуктов горения, повышенная температура, обрушение, др. Специальные технические решения позволяют снизить избыточное давление и обеспечить безопасность для несущих элементов.

Классификация

Способность сопротивляться открытому огню и высоким температурам напрямую зависит от материала, из которого изготовлена конструкция. Помимо этого, важны такие факторы как критическая температура прогрева, толщина средства огнезащиты, вид бетона.

Предельные состояния устанавливаются по стандартным методикам. Для этого блоки помещают в искусственно созданные условия пожара. Рассчитываются критические показатели в минутах. Цифровой показатель должен соответствовать одному из следующих значений: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360. При выборе материала необходимо обратить внимание на маркировку. Если изделие проверяется сразу по нескольким предельным состояниям, обозначается минимальный из полученных пределов стойкости.

Использование железобетонных конструкций – это пассивная мера по обеспечению пожарной безопасности. Негорючие материалы позволяют минимизировать последствия, которые возникают из-за возгорания. Преимущества железобетона:

1. Звукоизоляция. Имеют большую акустическую изоляцию, поэтому лучше предотвращают передачу шума из одной секции в другую.
2. Качество. Долгий срок службы.
3. Защита. Специальные уплотнения защищают человека от распространения огня, дыма, ядовитых веществ.

Установка негорючих сооружений сводит вероятность пожара большого масштаба в здании к нулю.

Когда наступает передел огнестойкости

Во время возгорания предел огнестойкости железобетонных конструкций наступает из-за:

• ухудшение прочности;
• тепловое расширение, температурная ползучесть арматуры;
• появление трещин, деформаций, сквозных отверстий;
• утрата теплоизолирующей способности.

Чем меньше плотность используемого материала и чем больше его толщина, тем выше предел прочности бетона. Элементы горизонтальной проекции поддаются разрушениям из-за нагрева нижней арматуры. Их стойкость зависит от класса поверхности, ее способности проводить тепло, а также от толщины защитного слоя.

На заметку! Железобетон имеет отличные прочностные характеристики, имеет повышенные показатели огнестойкости и жаростойкости.

К горизонтальным конструкциям относят балочные плиты, балки, настилы, панели, др. При этом отдельно выделяют изгибаемые элементы, имеющие тонкие стены. Стойкость таких элементов нормируется в соответствии с процентом армирования, механической и тепловой нагрузкой, видом крупнофракционного заполнителя, размером сечения под прямым углом относительно продольной оси. Все показатели должны отвечать требованиям ГОСТ.

Конструктивные требования, повышающие огнестойкость железобетонных конструкций

Железобетон – это негорючий строительный материал, который не подвержен воздействию огня или тепла. Нормируемые величины огнестойкости такого сооружения формируются путем рационального конструирования. Главные факторы, влияющие на технические характеристики поверхности:

• вид материала;
• состав заполнителя;
• классы арматуры;
• форма, габариты поперечного сечения;
• количество, нахождение арматуры по сечению;
• толщина защитного слоя бетона для арматуры;
• условия разрушения;
• механическая, тепловая нагрузка.

Для обеспечения требуемых показателей прочности железобетонной конструкции необходимо правильно определить толщину защитного слоя. С его увеличением улучшаются прочностные характеристики материала.

Что обеспечивает защитный слой бетона

Во время пожара защитный слой бетона предотвращает нагрев арматуры до критического состояния. Одно из главных мероприятий по повышению пределов огнестойкости железобетонных элементов – это увеличение слоя. В некоторых случаях для этого используют конструктивную защиту, которая направлена на создание термобарьера.

Конструктивная защита сокращает территорию воздействия открытого огня, что позволяет безопасно эвакуировать людей и дождаться прибытия МЧС. Такие работы реализуются с учетом проекта комплексной противопожарной защиты объекта в соответствии с положениями ГОСТ. В национальных стандартах определены требования к покрытиям, методы их испытаний, показатели эффективности.

При необходимости увеличения пределов огнестойкости железобетонных конструкций до значений более 150 мин рекомендуются следующие мероприятия:

1. Увеличение толщины защитного слоя до 50 мм и более.
2. Облицовка огнезащитными материалами.
3. Снижение пожарной нагрузки.
4. Снижение механической нагрузки.
5. Применение рабочей арматуры с более высокой критической температурой прогрева при пожаре.

Собственники и должностные лица должны рассчитывать пределы огнестойкости в силу требований Федерального закона № 123-ФЗ от 22.07.2008 года. Определение класса позволяет предпринять эффективные меры по обеспечению пожарной безопасности, защите людей и имущества.

Использование соответствующих функциональному назначению здания материалов повышает степень устойчивости к тепловому воздействую всего объекта. Пределы огнестойкости в обязательном порядке рассчитываются для несущих и опорных конструкций, которые испытывают основную нагрузку.

Как рассчитывается толщина

Требования к защитному слою бетона указаны в СП 63.13330.2018. Измеряется он от грани элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня. Защитный слой обеспечивает совместную работу изделия и материала, сохраняет его от воздействия агрессивной внешней среды, улучшает огнестойкость элемента.

Толщину защитного слоя определяет несколько факторов: нагрузка на фундамент, особенности арматурного прута, условия эксплуатации. Отклонения от установленных величин недопустимо. Определять толщину «на глаз» тоже нельзя, поскольку это может отобразиться на сроке службы всей конструкции. При этом максимальный слой железобетонного изделия не регламентируется ни в одном нормативно-правовом акте.

Показатели защитного слоя железобетонных конструкций закладываются еще на этапе проектирования. Практическая сторона заключается в добросовестном выполнении стандартного регламента.

Средства огнезащиты для железобетонных конструкций

В условиях пожара железобетонные конструкции часто теряют свои прочностные характеристики. В таком случае огнезащита может быть обеспечена разными методами: оштукатуривание, огнезащита с применением облицовочных листов, плит, экранов. Специальные составы наделяют материал дополнительными свойствами и позволяют добиться огнестойкости до 240 минут.

Краски, пропитки, антипирены, другие вещества во время нагревания образуют химическую реакцию, которая останавливает огонь и замедляет процесс горения. Функции средств:

• предотвращение распространения очага возгорания;
• отсрочка воспламенения поверхности, сооружения;
• уменьшение интенсивности пожара.

Противопожарные покрытия снижают разрушительное воздействие высоких температур, предотвращая контакт изделия с кислородом. Увеличение огнестойкости материала происходит за счет красочного слоя, изолирующего тепло. Составы делятся на несколько видов в зависимости от функций, способа нанесения и поверхности, на которой они будут использоваться. При этом любое покрытие должно соответствовать ГОСТ и обеспечивать полную безопасности.

Средства огнезащиты используются на всех объектах. Противопожарные покрытия производятся по регламентированной технической документации и проходят процедуру обязательной сертификации. При расчете количества используемого состава, учитывают технологические потери, которые зависят от способа нанесения и материала, из которого изготовлен элемент.

Огнесохранность железобетонных конструкций

Огнесохранность железобетонных конструкций – это состояние, при котором остаточная прочность или необратимые деформации обеспечивают полноценное функционирование сооружения после устранения возгорания. Сегодня этот показатель присутствует только в российском законодательстве. В некоторых случаях выгоднее повторно использовать элементы из бетона.

Пригодность конструкции определяется оценкой ее фактического состояния в ходе испытаний. Улучшить огнесохранность можно несколькими способами.

Все материалы для конструктивной огнезащиты должны быть сертифицированы и отвечать ГОСТ.

Инструкция по определению

Для определения пределов огнестойкости рекомендуется пользоваться методическими пособиями, например, «Пособие обеспечение огнестойкости бетонных конструкции» или МДС 21-2.2000. В учебнике содержатся основные положения по расчету. Они позволяют на стадии проектирования оценить пределы стойкости, проверить их соответствие нормам СНиП 21-01-97 и установить огнесохранность после возгорания.

Для определения предела огнестойкости первым делом устанавливают критический нагрев. По-другому данный термин называется «предел распространения огня». При температуре свыше 500°C железобетон постепенно начинает терять свою прочность, что впоследствии нарушит целостность стены или другого сооружения. Данное свойство можно установить только у сгораемых или трудносгараемых материалов.

На заметку! Бетон не горят, поэтому его предел распространения огня равен нулю.

В «Пособии по определению пределов огнестойкости конструкций в строительстве» отображены технические характеристики разных материалов, в том числе железобетона.

Нормативные и расчетные характеристики

Сопротивление к температурным воздействиям определяет огнестойкость железобетонных конструкций. Этот показатель устанавливается промежутком времени, за который материал деформируется до критического состояния. Бетонные сооружения обладают высоким пределом прочности.

Нормируется величина 1–5 степенями, которые рассчитываются во время пожарно-технической экспертизы. Конструкции из бетона относятся к 1–2 категории и соответствуют самым высоким нормативным требованиям огнестойкости. Во время испытания специалисты моделируют условия реального пожара. Это позволяет контролировать огонь и отмечать, каким образом материал реагирует на изменения.

Бетон состоит из нескольких веществ, каждый из которых разрушается при разных условиях. Например:

• керамзит – при температуре от 1100 до 1150 °С;
• полевые шпаты – от 1300 до 1500 °С;
• кремнезем – от 1700 до 1710 °С;
• глинозем – от 2000 до 2050 °С.

Сегодня производители выпускают прочный железобетон, в состав которого входит водород. За счет минимальной плотности ячеистый материал обладает большей прочностью. Он способен выдержать до 150 циклов перепада температуры.

Теплотехнический расчет

Для теплотехнического расчета нужно понимать распространение температур по железобетону поперечного сечения элемента от воздействия стандартного температурного режима огня по ГОСТ 30247.0. Алгоритм установки данных величин заключается в использовании специальных формул, а также уравнений.

Предел огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей способности

Когда сооружение теряет свою изолирующую способность, температура на его необогреваемой поверхности начинает превышать нормативные критические цифровые величины. Из-за этого материал может вспыхнуть и спровоцировать новый очаг возгорания. Расчет производится путем решения теплотехнической задачи. В расчет вводится среднеарифметическое начального и конечного коэффициентов теплоотдачи.

Первую величину определяют при повышении температуры на 1 °С, а конечное – при достижении температуры 160 °С. При этом учитывают вид бетона.

Предел огнестойкости по потере несущей способности

Несущая способность – это способность выдерживать нагрузку при поддержании нормального функционирования. Превышение установленных показателей приводит к деформациям конструкции, а также к ее обрушениям. Закладывается данная величина еще на этапе проектирования с учетом предполагаемых функций объекта. Из-за воздействия внешних или внутренних факторов она может меняться.

Для определения несущей способности используется совокупность исследовательских, аналитических, измерительных мероприятий. Прежде всего изучается проектно-техническая документация. Далее проводится осмотр и необходимые исследования:

• оценка прочности;
• наличие трещин;
• детальное обследование деформаций.

Расчет несущей способности железобетонных конструкций, имеющих нормальное по отношению к продольной оси сечение, осуществляется с помощью методики предельного равновесия.

Предел огнестойкости по целостности

Целостность конструкции – это одна из главных составляющих огнестойкости. Образование сквозных трещин или отверстий в железобетоне наступает через 10-20 минут после начала пожара и сопровождается отколами материала от поверхности.

Ответственность

Нарушение требований нормативно-правовых актов, проектной документации, а также других обязательных норм в области строительства и пожарной безопасности влечет за собой предупреждение или наложение административного штрафа. Вид и размер наказания определяется на основании тяжести правонарушения, а также последствий, которые оно повлекло.

При повторном правонарушении штрафные санкции увеличиваются в несколько раз. Если неправомерные действия повлекли за собой утерю имущества, ущерб здоровью или повлекли гибель человека, в силу вступает УК РФ. В таком случае к нарушителю применяются другие меры наказания: арест, ограничение или лишение свободы, др.

Лучше всего доверить расчет теплотехнику, пожарному или другому специалисту. Он сможет определить показатели огнестойкости железобетонной конструкции в соответствии с национальными стандартами. Помимо этого, существуют онлайн-калькуляторы.

Заключение

Один из ключевых показателей при проектировании огнезащиты объекта – требуемая величина огнестойкости. Данные пределы рассчитываются в условиях стандартных испытаний в соответствии с методами, утвержденными МЧС. Устанавливаются они в минутах. Горючесть и группы строительных конструкций регламентируются ГОСТ 30244, 57327-2016.

Нормативно-правовые акты определяют порядок и методику испытаний элементов, технические характеристики которых определяются на основании 4-х параметров (предельных состояний). Для обеспечения требуемого предела огнестойкости железобетонного сооружения необходимо правильно определить толщину защитного слоя. С его увеличением улучшаются прочностные характеристики материала.