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.
— H = 4,8 м; q = 68 - 70 кг/м2; - - - Н = 6,6 м; 1 - q =2,4 - 14 кг/м2; 2 - q = 67 - 119 кг/м2; 3 - q = 60 - 66 кг/м2; 4 - q = 60 кг/м2; 5 - q = 82 - 155 кг/м2; 6 - q = 140 - 160 кг/м2; 7 - q = 200 кг/м2; 8 - q = 210 - 250 кг/м2; 9 - q = 500 - 550 кг/м2 Рисунок Л.1 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V, высоты Н помещения и количества пожарной нагрузки q | 1 - H = 3 м; 2 - H = 6 м; 3 - H = 12 м Рисунок Л.2 — Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП 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) tНСП. При распространении огня по пожарной нагрузке, отличающейся по свойствам от древесины, продолжительность НСП вычисляется по формуле
, (Л.1)
где nдр, ni — средние скорости выгорания древесины и i -го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м2 · мин);
|
= 13,8 МДж/кг, — низшие теплоты сгорания древесины и i -го компонента соответственно, МДж/кг;
Uср, — средние линейные скорости распространения по древесине и i -му компоненту соответственно, м/мин.
После определения продолжительности НСП проверяют неравенство:
Sт £ p ()2, (Л.2)
где Sт — площадь под пожарной нагрузкой, м2.
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 tэ для выбранной конструкции в рассматриваемом помещении. Эквивалентную продолжительность пожара определяют по известным значениям проемности помещения П, м0,5 и характерной длительности пожара tп, ч.
Фактор проемности помещения при объемном пожаре П рассчитывают по формуле
(Л.3)
где S — площадь пола, м2;
V — объем помещения, м3;
Аi — площадь, м2;
hi — высота i -го проема в помещении, м;
N — количество проемов.
В случае локального пожара фактор проемности рассчитывают по формуле
, (Л.4)
где Н — расстояние от зеркала горения до конструкции (высота помещения), м;
F — площадь пожарной нагрузки (разлива), м2.
Характерную длительность объемного пожара tп, ч, для твердых горючих и трудногорючих материалов рассчитывают по формуле
, (Л.5)
где Gj — общее количество пожарной нагрузки j -го материала в кг (j = 1,..., М);
|
М — число различных видов нагрузки;
nдр — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м2·мин);
пj — средняя скорость выгорания j -го материала, кг/(м2·мин);
, — весовая доля j -й пожарной нагрузки.
nдр, nj определяют экспериментально или по справочным данным.
При горении ЛВЖ и ГЖ продолжительность локального пожара tл, мин, рассчитывают по формуле
, (Л.6)
где G — количество ЛВЖ и ГЖ, которое может разлиться при аварийной ситуации, кг;
Мср — средняя скорость выгорания ЛВЖ и ГЖ, кг/(м2·мин);
F — площадь разлива, м2.
Для рассматриваемого типа конструкций по номограммам (рисунки Л.3—Л.9) определяют эквивалентную продолжительность пожара tэ (tп, П) [ tп — определено по формулам (Л.5) или (Л.6) в зависимости от вида пожара, а П вычислено по формулам (Л.3) или (Л.4)].
Л.1.2 Коэффициент огнестойкости выбранной конструкции К 0 определяют по значению предельной вероятности отказов с учетом допустимой вероятности отказов конструкций . Значения в зависимости от того, какой группе конструкций i принадлежит выбранная конструкция, приведены в таблице Л.1.
1 - H / = 1,2; 2 - H / = 1,5; 3 - H / = 1,8; 4 - H / = 2,2; 5 - H / = 2,4 Рисунок Л.3 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия в условиях локальных пожаров tл (или продолжительности НСП tНСП) при горении твердых и трудногорючих материалов | 1 - H / = 1,2; 2 - H / = 1,5; 3 - H / = 1,8; 4 - H / = 2,2; 5 - H / = 2,4; 6 - H / = 3,6 Рисунок Л.4 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия при горении ЛВЖ и ГЖ |
1 - H / = 1,2; 2 - H / = 2,0; 3 - H / = 2,4; 4 - H / = 2,85; 5 - H / = 3,2; 6 - H / = 4,0; 7 - H / =4,4; 8 - H / = 5,2; 9 - H / =5,6; 10 - H / = 6,0 Рисунок Л.5 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для горизонтальных незащищенных металлических конструкций | 1 - H / = 0,5; 2 - H / = 0,6; 3 - H / = 0,7; 4 - H / = 0,8; 5 - H / = 1,0; 6 - H / = 1,5; 7 - H / = 2,0; Рисунок Л.6 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для вертикальных незащищенных металлических конструкций |
1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.7 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности пожара tп для огнезащищенных металлических и железобетонных конструкций перекрытия | 1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.8 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности объемного пожара tп для железобетонных несущих стен |
1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.9 — Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерного времени объемного пожара tп для центрально сжатых железобетонных колонн |
|
Таблица Л.1— Допустимые вероятности отказов конструкций от пожаров
Группа конструкций | Вероятность отказов |
Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, ригели, перекрытия, фермы, балки | 10-6 |
Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки | 10-5 |
Прочие строительные конструкции | 10-4 |
Предельные вероятности отказов конструкций в условиях пожаров рассчитывают по формуле
, (Л.7)
где Ро — вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м2 площади помещения;
РА — вероятность выполнения задачи (тушения пожара) автоматической установкой пожаротушения;
Рп.о — вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарной охраны.
Ро рассчитывают по методу, приведенному в ГОСТ 12.1.004, или берут из таблицы Л.2.
Таблица Л.2 — Вероятности возникновения пожара Ро для промышленных помещений
Промышленный цех | Вероятность возникновения пожара Ро, м/год · 10-5 |
По обработке синтетического каучука и искусственных волокон | 2,65 |
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 РА берут из таблицы Л.3.
Таблица Л.3 — Вероятности выполнения задачи АУЛ РА
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 |
Рп.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 Рп.о = 0.
По вычисленным значениям определяют значение характеристики безопасности b, при необходимости интерполируя данные таблицы Л.4.
Таблица Л.4— Значения характеристики безопасности b
Вероятность отказов конструкций при пожаре | Характеристика безопасности b | Вероятность отказов конструкций при пожаре | Характеристика безопасности b |
3,7 4,1 4,4 4,5 | 2,3 2,8 3,2 3,5 | ||
3,1 3,5 3,8 4,0 | 1,3 2,0 2,5 2,6 |
Л.1.3 Расчет коэффициента огнестойкости Ko проводят по формуле
Ko = 0,527 ехр (0,36 · b). (Л.8)
В качестве примера в таблице Л.5 приведены значения Кo для условий Рo = 5 · 10-6 м2/год и РА = 0,95, Рп.о = 0.
Таблица Л.5 — Коэффициент огнестойкости Кo
Площадь отсеков S, м2 | Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, балки, перекрытия, фермы | Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки | Прочие строительные конструкции |
1,36 1,52 1,69 1,79 1,84 2,03 | 0,99 1,14 1,26 1,31 1,42 1,47 | 0,58 0,75 0,87 0,94 0,99 1,10 |
Л.1.4 Требуемый предел огнестойкости t0 рассчитывают по вычисленным значениям tэ, и Кo
to = Кo tэ. (Л.9)
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 Рдоп равна 10-6.
Расчет
Из справочников найдем, что скорость выгорания масла Мср = 2,7 кг/(м2·мин). Тогда вычислим продолжительность локального пожара tп по формуле (Л.6)
tп = 100 / (3 · 2,7) » 12,4 мин.
Проемность П в случае локального пожара определим по формуле (Л.4)
.
Теперь найдем эквивалентную продолжительность пожара tэ для железобетонной плиты перекрытия при горении индустриального масла. По рисунку Л.4 получим tэ < 0,5 ч. Согласно условию задачи РA = Pп.о = 0, а по таблице Л.2 находим Ро = 0,6 · 10-5 м2/год. Тогда предельная вероятность Рп, вычисленная по формуле (Л.6), равна:
Рп = 10-6 / (6 · 10-6 · 18 · 12) » 7,7 · 10-4.
Интерполируя данные таблицы Л.4, находим, что b » 3,1. Теперь вычислим коэффициент огнестойкости по формуле (Л.8):
Ко = 0,527 ехр (0,36 · 3,1) » 1,6.
Требуемый предел огнестойкости tо равен:
tо < 1,6 · 0,5 = 0,8 ч.
2 Определить требуемую огнестойкость железобетонной плиты перекрытия над участком механического цеха в условиях объемного пожара при свободном горении древесины с плотностью нагрузки 20 кг · м-2. Размеры помещения 18 х 12 х 4 м, в помещении есть проем с размерами 4 х 3 м. Принять Рдоп = 10-6 м2/год.
Расчет
Определим фактор проемности П. Объем V помещения равен
V = 18 · 12 · 4 = 864 м3 < 1000 м3.
Тогда по формуле (Л.3) получаем
.
Характерную продолжительность пожара вычислим по формуле (Л.4). Общее количество пожарной нагрузки G равно
G = 20 · 18 · 12 = 4320 кг.
По формуле (Л.4) определяем, что
ч.
По рисунку Л.7 определяем эквивалентную продолжительность пожара tэ для железобетонной плиты перекрытия при вычисленных значениях П и tп Получаем, что tэ » 0,8 ч. С учетом вычисленного в примере 1 значения Ко найдем требуемый предел огнестойкости tо:
tо = 1,6 · 0,8 » 1,3 ч.
ПРИЛОЖЕНИЕ М
(рекомендуемое)