Согласно требованиям ч. 2 ст. 35Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»пределы огнестойкости несущих строительных конструкций определяются по потере несущей способности (R). Таким образом, поведение рассматриваемых деревянных конструкций при температурном воздействии оценивается временем до потери несущей способности, т. е. обрушением.
Механизм утраты несущей способности деревянных конструкций в условиях пожара состоит в том, что в процессе огневого воздействия на поверхности дерева возникает обуглившийся слой, в результате чего уменьшается сечение деревянных элементов. При определенном значении уменьшившейся площади горящей деревянной конструкции напряжения в ней достигают предела прочности, что и приводит к потере несущей способности.
Площадь сечения конструкции, при дальнейшем изменении которой происходит потеря несущей способности, называют “критической”, критическими называются и размеры сечения.
Для расчета времени потери несущей способности деревянных конструкций необходимо знать скорость обугливания древесины. Сущность расчета времени до потери несущей способности конструкции (ПНС) заключается в определении времени τпнс, по истечении которого при данной скорости обугливания древесины площадь сечения элемента уменьшится до критического значения. Признаком потери несущей способности, таки образом, является достижение в сечении деревянной конструкции напряжений, равных нормативным сопротивлениям древесины.
Таким образом, для расчета времени потери несущей способности деревянных конструкций необходимы следующие данные:
- глубина обугливания Z, см;
- прочностные и деформативные характеристики древесины при нагреве:
σ = σ(t); Е = Е(t).
Расчет производится для граничных условий воздействия стандартного температурного режима по ГОСТ 30247.0 (см. рис. 1), характеризуемого зависимостью:
где Т – тепература в печи, соответствующая времени t, °С;
Т0 – тепература в печи до начала теплового воздействия (при расчетах принимается равной 20 °С);
t – время, исчисляемое от начала испытания, мин.
Рис. 1. Зависимость температуры “стандартного” пожара от времени
В соответствии с требованиями п. 7.2.3 ГОСТ 30247.1-94 при определении проектных значений напряжений учитываются только постоянные и временные длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности, равным 1.
Таким образом, при расчетах на огнестойкость рассматриваемых деревянных каркасных конструкций, при определении напряжений в пролетных сечениях элементов, должны учитываться нагрузки от собственного веса, а также величина снеговой нагрузки, определяемая по СП 20.13330.2011.
Скорость обугливания древесины принимается постоянной и равной β=0,07 см•мин-1 для элементов сечением не менее 120×120 мм и равной β=0,1 см•мин-1 для элементов имеющих меньшее сечение при влажности 10-30 %, с учетом задержки процесса обугливания τзд = 5 мин.
Глубина обугливания определяется по формулам:
- для массивных сечений:
Z = 0,07 (τ - 5) см;
- для сечений размерами менее 120×120 мм
Z = 0,1 (τ - 5) см.
Расчет времени потери несущей способности деревянных конструктивных элементов с огнезащитными покрытиями выполняется по формуле:
τ' =τ + τn,
где τn – время разрушения или прогрева огнезащитного покрытия до 260 °С на поверхности элемента.
Прочностные характеристики древесины принимаются по СП 64.13330.2011:
- нормативное сопротивление при поперечном изгибе
;
- нормативное сопротивление для элементов массивного сечения с учетом температуры
;
где 
– коэффициент, учитывающий снижение прочности и скругление сечения при нагреве, 
;
- нормативное сопротивление при сжатии вдоль волокон
;
- нормативное сопротивление при сжатии вдоль волокон с учетом температуры
;
где 
– коэффициент, учитывающий снижение прочности и скругление сечения при нагреве, 
;
- нормативное сопротивление растяжению вдоль волокон
;
- нормативное сопротивление растяжению вдоль волокон с учетом температуры
;
где 
– коэффициент, учитывающий снижение прочности и скругление сечения при нагреве, 
;
Изгибаемые элементы
Фактическое напряжение от изгибающего момента до нагрева определяют по формуле
где Мн – максимальный изгибающий момент от действия фактической нагрузки, кг•см;
W0 – момент сопротивления сечения до нагрева, см3.
Коэффициент нагружения вычисляется из отношения
Определяется величина отношения В/Н
где В – исходная ширина сечения (до нагрева), см;
Н – исходная высота сечения (до нагрева), см.
По номограммам, построенным на основании полученных экспериментальных данных представленных на рис. 1 илина рис. 2 для элементов, обогреваемых с четырехили с трехсторон соответственно, по известным значениям n и В/Н находим величину отношения τкр/Н.
Вычисляется абсолютная величина времени обугливания до образования критического сечения без учета задержки обугливания – τкр.
Определяется время потери несущей способности деревянного конструктивного элемента
τ =τкр + τзр
где τзр – время задержки обугливания на прогрев и просушивание поверхностных слоев сечения принимается равным τзр = 5 мин, отсюда
τ =τкр + 5
Рис. 1. Расчет времени потери несущей способности балок
при нагреве с четырех сторон
Рис. 2. Расчет времени потери несущей способности балок
при нагреве с трех сторон
Сжатые элементы
Несущие стрежневые конструктивные элементы прямоугольного сечения, подверженные огневому воздействию с четырех сторон при отсутствии начального эксцентриситета продольной силы, а также изгибающего момента в плоскости какой-либо оси симметрии сечения, рассчитываются на центральное сжатие.
Напряжение сжатия от фактической нагрузки определяется из выражения
Коэффициент нагружения вычисляется из отношения
Вычисляется отношение В/Н.
По номограмме, представленной на рис. 3 определяется величина параметра τкр/В.
Определяется время потери несущей способности конструкции с учетом задержки обугливания
τ =τкр + 5
Время потери несущей способности центрально сжатых элементов выполняется с учетом гибкости с помощью коэффициента продольного изгиба – k = k (λ), принимаемого по СП 64.13330.2011.
где 
- критическое время обугливания с учетом гибкости.
Рис. 3. Расчет колонн при нагреве с четырех сторон