Основы расчета пределов огнестойкости деревянных конструкций

При пожаре несущая способность деревянных конструкций (ДК) снижается за счет уменьшения их размеров сечения в результате обугливания древесины и снижения ее прочности в необугленной части элемента. При температуре древесины выше 230°-280°С она полностью теряет свою прочность. Расчет пределов огнестойкости деревянных конструкций основан на следующих допущениях: нагрев конструкций происходит по режиму "стандартного пожара", древесина после ее воспламенения обугливается с постоянной скоростью; температура в различных точках необуглившегося сечения элемента принимается равной 80°С; прочностные и упругие характеристики древесины во всех точках необуглившейся части сечения принимаются одинаковыми.

Прочность древесины при t ≈ 80°С нормируется расчетными сопротивлениями R_fдля определения пределов огнестойкости ДК, значения которых приведены в таб.1.

Уменьшение сечения элементов в результате обугливания древесины приводит к увеличению напряжений σf от действия нормативных нагрузок qn . При достижении этими напряжениями величины расчетного сопротивления R_fнаступает предельное состояние деревянного элемента конструкций в условиях пожара. При этом сечение древесины, способное воспринимать усилия от нормативных нагрузок, называется критическим, а глубина обугливания Z_cr- предельной.

Таблица 1. Расчетные сопротивления R_f для определения пределов огнестойкости ДК

Напряженное состояние	Условное обозначение	Расчетное сопротивление, МПа, в зависимости от сорта древесины

Изгиб	R_fw
Сжатие вдоль волокон	R_fc
Растяжение вдоль волокон	R_ft			-
Скалывание вдоль волокон:	R_fqs
цельной		3,0 3,0	2,7 2,7	2,7 2,7
клееной		1,2	1,1	1,1

Фактический предел огнестойкости деревянного элемента из условия его прочности равен: П_ф = τ₀ + τ_сr, (14)

где τ₀ - время от начала воздействия на древесину температуры при пожаре до ее воспламенения;

τ_сr - время от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния.

Для древесины с влажностью W=12% значение τ0

принимается равным по таблице 2.1, а значение времени τ_сr равно:

, (15)

где - скорость обугливания древесины, значения которой даны в табл. 2.2.

Таблица 2.1Значение времени до начала обугливания древесины

Способ огнезащиты	Время τ₀, мин
Без огнезащиты и при обработке антипиренами
Гипсокартонный лист: ГКЛ(δ=10мм), ГОСТ 6266-89 ГКЛ(δ=12,5мм), ГОСТ 6266-89
Песчано-цементная штукатурка толщиной 20-25мм по металлической сетке
Полужесткая негорючая минераловатная плита толщиной 50мм (ГОСТ 9573-89)
Асбестоцементноперлитовый плоский лист толщиной 10-12мм
Вспучивающиеся покрытия: ВПД (4 слоя), ГОСТ 25130-82 ОФП-9 (2 слоя) , ГОСТ 23790

Таблица 2.2. Скорость обугливания древесины

Наименьший размер сечения, мм	Скорость обугливания древесины, мм/мин
клееной	цельной
120 и более	0,5	0,8
Менее 120	0,7	1,0

Таким образом, для определения П_фнеобходимо знать предельную глубину обугливания Z_cr . Для расчета Z_cr - используется равенство, определяющее предельное состояние элемента деревянной конструкции при пожаре:

σ_f = R_f , (16)

Напряжение σf при пожаре зависит от изменения геометрических характеристик (A; W ; J ; i ) конструкции. Эти изменения геометрических характеристик выражаются через коэффициент η , значения которого представляются в следующем виде:

η_А = А_f/A ;

η_W =W_f/W ;

η_J =J_f/J ;

η_i =i_f/i и т.д.,

где А_f ; W_f ; J_f ; i_f - геометрические характеристики сечения при пожаре.

Согласно рекомендациям ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко [4] значения коэффициента η представлены в виде функции:

η=f(h/b; Z_cr /h) , где b≤h и Z_cr ≤ 0,25b.

Зависимость коэффициента η=f(h/b; Z_cr /h) для геометрических характеристик A , W, J при трех-и четырехстороннем обогреве показаны в приложениях 7 и 8. Семейство кривых на графиках ограничено штрихпунктирной линией. Если точки пересечения параметров η ; h/b и Z_cr /h находятся ниже штрихпунктирной линии значение Z_cr принимается равным 0,25 b.

Значение Z_cr в зависимости от напряженного состояния деревянных элементов при пожаре определяются следующим образом.