Воздействие на конструкции повышенных температур и огня
Из года в год количество пожаров увеличивается примерно пропорционально росту средств, затраченных на капитальное строительство. По статистическим данным пожары возникают с установившейся частотой. Убытки от разрушения зданий во время пожара составляют примерно 15–18 % общих потерь. При пожарах в жилых и административных зданиях температура в помещении поднимается до 1100 °С при продолжительности 1–2 ч.
В театральных зданиях и в больших магазинах пожары длительностью в 2–3 ч повышают температуру в помещении до 1100–1200 °С.
При пожарах строительные конструкции повреждаются от разрушения их материала или изменения его механических характеристик, значительных деформаций, вызванных перегревом конструкций, разрушением конструкций и соединений от продольных деформаций при нагреве. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчетная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.
Величина повреждений зависит от вида и положения конструкции, ее материала, температуры нагрева конструкций и длительности пожара.
От высоких температур более 250 °С и при пожарах в эксплуатируемых зданиях возможны большие деформации и обрушения. Это вызвано следующими причинами:
1) нагрев стальных конструкций и арматуры в железобетонных и армированных каменных конструкциях приводит к падению ее прочности и чрезмерному удлинению, что ведет к изменению геометрии конструкции и большим деформациям. Сжатые армированные зоны конструкций при разогреве и удлинении арматуры растрескиваются и разрушаются;
2) бетон и каменная кладка при ограниченных деформациях испыты-вают большие температурные напряжения, что вызывает потерю их несущей способности;
3) бетон и каменная кладка становятся хрупкими из-за мгновенного изменения объема кварцевой составляющей при температуре более 500 °С;
4) тушение пожара водой неравномерно охлаждает бетонные и каменные конструкции и вызывает в них появление трещин.
При обследовании конструкций после пожара возможно использовать оценку температурного воздействия на конструкции по внешним признакам согласно таблице 5.1.
Таблица 5.1 – Примерная температура нагрева по внешним признакам
| Наименование обследуемого элемента | Характер изменения внешнего вида, формы и цвета | Температура нагрева, °С |
| Железобетонные конструкции | Оседание сажи на поверхности Появление на поверхности конструкций микротрещин. Цвет бетона бледно-розовый Трещины видны невооруженным глазом; ширина трещин до 0,5 мм; цвет бетона от розового до красного Выкол заполнителя; трещины шириной до 1 мм; цвет бетона – красный Сколы бетона с обнаженной арматурой; цвет бетона от красного до желтого На поверхности множество трещин; отделение крупного заполнителя от растворной части бетона и его оплавление; цвет бетона темно-желтый | 100–400 300–500 400–550 500–700 700–800 900 и выше |
| Ненагруженные стальные конструкции без специальных огнезащитных средств | Деформаций нет Разрушение защитного лакокрасочного покрытия Цвет стали изменяется от светло-желтого до красно-фиолетового Цвет стали – синий Образование на поверхности светлой окалины Коробление конструкций; на поверхности легко очищаемый нагар; обгоревшие кромки То же; на поверхности тонкий слой трудноочищаемой окалины Провисание конструкции под собственной массой; местами слой окалины отслаивается Оплавление участков; толстый слой окалины Сильно деформированы; изломы, надрывы, оплавление и пережженные участки | До 200 200–250 220–280 300–450 480–520 500–660 650–850 800–900 >900 |
| Нагруженные несущие стальные конструкции без специальных огнезащитных средств | Деформации, ведущие, как правило, к обрушению | 550–600 |
Продолжение таблицы 5.1
| Наименование обследуемого элемента | Характер изменения внешнего вида, формы и цвета | Температура нагрева, °С |
| Кладка из силикатного кирпича | Появление трещин; прочность снижается до 2 раз Интенсивное образование трещин; прочность снижается в 5 раз | |
| Кладка из глиняного кирпича | Поверхностные трещины в кирпиче; большее их количество в цементно-песчаном растворе Оплавление и отслоение в кирпиче на глубину до 10 мм, шелушение раствора Кирпич поврежден на глубину более 10 мм; раствор выкрошен на глубину 20–30 мм Размягчение легкоплавких глин кирпича. Разрушение конструкций | До 800 800–900 1000–1200 1200–1400 |
| Гипсовая штукатурка | Образование частых трещин шириной до 0,2 мм; прочность уменьшилась на 50 % Ширина трещин достигает 0,5–1 мм; прочность уменьшилась на 80 %. Разрушение гипсового камня | 200–300 600–700 |
| Цементно-песчаная штукатурка | Розовый цвет на поверхности Светло-серый цвет; поверхностное шелушение | 800–900 800–900 |
| Известковая штукатурка | Штукатурка отслаивается слоями толщиной до 2 мм; на поверхности слой копоти То же, при толщине более 2 мм (наблюдается в течение 2–3 недель после пожара) | 600–800 >900 |
| Элементы конструкций из гранита | Разрушение конструкций | 850–900 |
| То же, из известняка | То же | 650–750 |
| Деревянные конструкции | Обугливание древесины на глубину до 10 мм Образование крупнопористого древесного угля на глубину до 20 мм Глубина обугливания древесины более 30 мм Обрушение нагруженной конструкции | 450–570 600–800 820–1000 1300 и выше |
| Оконное стекло, стеклянные блоки | Размягчение или слипание Округление Потеря формы | 700–750 |
| Отливки из стекла (блоки, бутылки и пр.) | Размягчение, слипание Потеря формы | |
| Радиаторы, трубы из литейного чугуна | Образование капель | 1000–1200 |
| Свинец (элементы зачеканки, обмотки кабеля и пр.) | Скругление углов или образование капель | 300–500 |
| Цинк (элементы пайки), свинец | Образование капель |
Окончание таблицы 5.1
| Наименование обследуемого элемента | Характер изменения внешнего вида, формы и цвета | Температура нагрева, °С |
| Алюминий и его сплавы (детали конструкций, посуда) | Образование капель | |
| Латунь, фурнитура дверей, бронза | Скругление углов, образование капель | |
| Серебро (украшения, столовые принадлежности) | То же | |
| Бронза (люстры, ручки) | Образование капель | |
| Медь, литой чугун (трубы, радиаторы и пр.) | То же | 1100–1200 |
| Масляные краски и эмали в покрытиях конструкции | Темнеют без нарушения целостности покрытия Темнеют и покрываются трещинами | |
| Масляные краски | Чернеют и отслаиваются | |
| Краски всех видов в покрытиях конструкций | Осыпаются, цвет определяется цветом наполнителя | |
| Любое окрасочное покрытие, кроме термостойкого | Полностью выгорает |
Во время пожара происходит прямое сгорание органики (древесины, полимерных материалов, органических кровельных покрытий). Металлические конструкции под действием огня могут терять прочностные показатели до 80 %. Воздействие высоких температур на бетон или цементный камень (в т. ч. штукатурку и пр.) предопределяет дегидратацию гидрата окиси кальция. Это само по себе снижает несущую способность, а при тушении пожара водой или просто при контакте с влажным воздухом происходит обратная реакция. Продукт гидратации увеличивается в объеме до двух раз с разрушением поверхностного слоя, что обусловливает проникновение пламени внутрь конструкции.
При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции, как правило, приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества.