архитектура и строительство

Огнестойкость и огнесохранность зданий и сооружений

При проектировании зданий и сооружений, наряду с расчетом на прочность, жесткость и трещиностойкость, можно выполнять расчет и на огнестойкость.

Вопросы огнестойкости железобетонных конструкций решают на основе экспериментальных данных исследований и расчетным путем. Экспериментальные исследования по этой проблеме начали проводить с 1946 г. под руководством д-ра техн. наук, проф. В. И. Мурашова. В результате теоретического обобщения большого количества опытных данных в институте были разработаны методы расчета пределов огнестойкости различных железобетонных конструкций, которые учитывали все основные факторы, реально влияющие на данный показатель.

Уже при проектировании зданий и сооружений, наряду с расчетом на прочность, жесткость и трещиностойкость, можно выполнять расчет и на огнестойкость. Производя расчет, проектировщик знает, в каком направлении надо изменить конструкцию, чтобы получить требуемый предел огнестойкости.

В условиях пожара в железобетонных конструкциях происходит необратимое снижение прочности бетона и арматуры, которое имеет существенное значение для определения предельного состояния и потери функции конструкции в нагретом при пожаре и охлажденном после пожара состояниях.

Для предварительно напряженных конструкций немаловажно сохранить предварительное напряжение в арматуре во время и после пожара, потеря которого происходит в основном за счет усадки и ползучести бетона, релаксации напряжений в арматуре и разности температурных деформаций бетона и арматуры.

Современные конструкции, ввиду большого разнообразия применяемых материалов и конструктивных решений, по-разному сопротивляются воздействию пожара. В связи с этим СНиП 21-01-97 подразделяет здания и сооружения по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности.

При пожаре конструкции прогреваются до высоких температур по законам нестационарной теплопроводности. Скорость прогрева зависит от теплофизических свойств материала, которые с повышением температуры существенно меняются. Несущая способность конструкции при огневом воздействии в значительной степени обусловливается изменением прочности и деформативности материала с повышением температуры. Предел огнестойкости по потере несущей способности характеризует прочностные показатели конструкций при возможном пожаре, но не гарантирует их пригодности для дальнейшей эксплуатации после пожара.

Необходимо обеспечивать огнесохранность после пожара уникальных и особо ответственных сооружений и комплексов, относящихся к повышенному уровню ответственности, отказы которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям, а также конструкций, восстановление которых потребует больших сложностей и затрат. За огнесохранность конструкции принимается такое ее состояние, при котором остаточная прочность или необратимые деформации позволяют гарантировать ее надежную работу после пожара.

В Москве при сооружении Третьего транспортного кольца в районе пл. Гагарина строится многофункциональный комплекс подземных сооружений, включающий один железнодорожный, два автодорожных тоннеля и автомобильные стоянки. Все три тоннеля относятся к сооружениям с повышенным уровнем ответственности. Их выход из строя может привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям. Для этих сооружений разработали специальные мероприятия, отражающие специфику противопожарной защиты.

Для несущих железобетонных тоннелей расчетным путем был установлен минимальный предел огнестойкости по несущей способности, равный 180 мин. Однако данный предел характеризует прочностные показатели железобетонных конструкций тоннелей при возможном пожаре, но не гарантирует их пригодности к эксплуатации после пожара. Во многих случаях в ограниченных условиях подземного пространства усиление конструкции может оказаться технически трудноосуществимой или практически невозможной задачей, так как потребует разработки или замены целой секции. Поэтому при проектировании подземных сооружений Третьего транспортного кольца разработали дополнительные конструктивные мероприятия, обеспечивающие не только огнестойкость, но и огнесохран-ность несущих конструкций тоннелей.

При проектировании высотных зданий, защитных оболочек атомных электростанций, объектов военно-промышленного комплекса и других ответственных сооружений данные конструкции, помимо расчета на основные нагрузки и воздействия, рассчитывают на прочность от удара самолета. Трагические события в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г. определили один важный факт, который свидетельствует о том, что при столкновении самолета с объектом, последний испытывает не только мощный удар, но и сильное огневое воздействие.

Самолет "Боинг-767" врезался в северную башню Всемирного торгового центра, и она обрушилась через 103 мин. После тарана второго аналогичного самолета южная башня центра через 62 мин превратилась в руины. Башни были рассчитаны на удар самого большого в то время самолета "Боинг-707" (1973 г.) массой 150 т. Каждая башня выдержала удар самолета "Боинг-767", масса которого примерно на 30 т больше расчетной. Обрушение зданий было обусловлено огневым воздействием от взрыва топлива в самолетах (топливные баки были заполнены примерно на 70 %). В результате детонации паров авиакеросина начался пожар. При горении авиакеросина температура в помещении поднялась до 1000-1200 0С, что способствовало быстрому нагреву несущих стальных трубчатых колонн и прокатных балок. Они потеряли свою прочность, и произошло лавинообразное разрушение башен.

Таким образом, кроме расчета на удар самолета, необходимо еще выполнять расчеты на огнесохранность объекта. Следует учитывать предполагаемое состояние конструкции после удара самолета и температуру прогрева несущих конструкций. Температуры прогрева несущих конструкций определяют теплотехническим расчетом. В зависимости от вида конструкции и типа самолета эквивалентное огневое воздействие стандартного пожара должно приниматься не менее 3 - 4 ч.

В методических рекомендациях МДС-21.2.2000, подготовленных НИИЖБом, имеются предложения по расчету огнесохранности железобетонных конструкций. Эти рекомендации могут служить основой для разработки расчета огнесохранности несущих конструкций из других материалов.

Конструкции Дома правительства на Краснопресненской наб. и монолитный железобетонный ствол Останкинской телевизионной башни выдержали длительные пожары, обеспечили требуемую огнестойкость и огнесохранность после пожара.

В автодорожном тоннеле в Альпах пожар продолжался несколько дней. После его ликвидации тоннель снова стал эксплуатироваться, но часть конструкции тоннеля разрушилась, так как она не была рассчитана на огнесохранность после пожара.

В автодорожном тоннеле в Гамбурге возник пожар после аварии грузовика, перевозившего серный колчедан. Температура при пожаре быстро поднялась до 1200 0С. Железобетонное перекрытие тоннеля полностью разрушилось после пожара, поскольку не был выполнен расчет на огнесохранность.

Приведенные примеры убедительно свидетельствуют о том, что для уникальных высокоответственных зданий и сооружений необходимо производить расчет (кроме требуемого предела огнестойкости по потере несущей способности) еще и на огнесохранность конструкции после пожара.

right style="padding-left:10px">А.Ф. Миланов, д-р техн наук, проф.

В. В. Соломонов, канд. техн. наук

И.С. Кузнецова, канд. техн. наук


Как выбрать токарные станки с ЧПУ по металлуНа данный момент рынок токарных станков представлен различными отечественными...
Саморезы - современный строительный крепеж в СамареКачественный монтаж невозможен без надежной и прочной фиксации деталей и...
Современные деревянные окна Окнобург - экологичность и презентабельный внешний видКлассические деревянные окна в современном исполнении. Окнобург - самые современные...
Подарок для Вашего домаПо традициям подарки принято дарить детям и взрослым, по поводу...
Оборудуем офис - повышаем продуктивностьПри оборудовании офисного помещения многие предприниматели думают лишь об одном:...