Особенности инженерного расчета деревянных конструкций на огнестойкость

Исходные предпосылки

Расчетное определение фактического предела огнестойкости ^ деревянных конструкций производится на основе выражения

где т₀ — время от начала теплового воздействия на древесину при пожаре до начала процесса ее воспламенения и обугливания; х_г — время от начала обугливания древесины до наступления предельного состояния конструкции при пожаре:

где V — скорость обугливания древесины;

— толщина слоя древесины, при которой наступает предель-

кр

ное состояние конструкции при пожаре;

• 8 — толщина слоя древесины, прогретого до температур (175—
• 300 °С), при которых материал утрачивает несущую способность.

В общем случае для расчета предела огнестойкости деревянных конструкций на основе выражения (1.44) необходимо решение двух задач: теплотехнической и прочностной.

Решение теплотехнической задачи огнестойкости применительно к деревянным конструкциям заключается:

• а) в определении времени т₀ от начала теплового воздействия пожара до воспламенения (начала обугливания) древесины конструкции;
• б) в определении изменения рабочего сечения деревянной конструкции после воспламенения древесины при пожаре, за счет процесса ее обугливания.

Решение прочностной задачи огнестойкости применительно к деревянным конструкциям заключается:

• а) в определении изменения соответствующих напряжений в расчетных сечениях конструкций от нормативных нагрузок в зависимости от изменения рабочих сечений деревянной конструкции за счет обугливания древесины после ее воспламенения при пожаре;
• б) в проверке условий прочности деревянной конструкции на воздействие соответствующих нормативных нагрузок, с учетом изменения напряжений от этих нормативных нагрузок в зависимости от времени горения древесины; и определения времени т_кр от начала воспламенения древесины до утраты конструкцией несущей способности;
• в) в определении искомого значения предела огнестойкости ту_г рассматриваемой деревянной конструкции, в соответствии с выражением (1.44), как суммы полученных значений т₀ и т_кр

Решение теплофизической задачи огнестойкости для деревянных конструкций

• 1. Определяется время от начала теплового воздействия пожара на деревянную конструкцию до начала воспламенения древесины т₀ Обычно это определение производится в зависимости от способа огнезащиты конструкции, с помощью справочных данных (табл. 1.10, 1.11).
• 2. Определяется изменение рабочего сечения деревянных конструкций за счет обугливания древесины после начала воспламенения, в различные моменты времени развития пожара. Для выполнения этой операции необходимо иметь данные о скорости обугливания древесины, с учетом различных факторов. Такого рода данные содержатся в специальных справочных пособиях и руководствах.

В качестве примера в табл. 1.11 приведены значения скорости обугливания древесины V в зависимости от размеров сечения конструкции, клееной или цельной древесины.

Таблица 1.10

Время т₍₎ от начала воздействия пожара до воспламенения древесины, в зависимости от способа огнезащиты

Таблица 1.11

Скорость обугливания древесины (ель, сосна) для условий воздействия «стандартного» пожара, при влажности древесины более 9%

При расчете изменения рабочего сечения деревянных кон

струкций при пожаре следует учитывать схему воздействия пожара на рассматриваемую конструкцию:

• • одностороннее воздействие пожара (междуэтажные деревянные перекрытия);
• • трехстороннее воздействие пожара (деревянные балки, деревянные стойки, примыкающие к стенам);
• • четырехстороннее воздействие пожара (деревянные колонны, стойки и т.п.).

Начало обугливания древесины при прогреве поверхности до 300 °С.

В большинстве методик расчетов пределов огнестойкости ДДК принимается, что слой древесины, прогретый от 175 до 300 °С, не учитывается при расчетах несущей способности из-за существенного снижения прочности древесины в этом диапазоне температур. Толщину этого слоя рекомендуется принимать 5 мм.

Величина слоя древесины б, расположенного за слоем обугливания, принимается равной 5 мм.

Обычно инженерные методы расчета пределов огнестойкости несущих деревянных конструкций относятся к случаю воздействия стандартного режима пожара и не распространяются на элементы каркаса панелей ограждений, выполненных из древесины; на конструкции, несущими элементами которых являются фанера, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты.

Инженерный метод расчета несущих деревянных конструкций на огнестойкость основан на следующих допущениях:

• • обугливание древесины конструкции после ее воспламенения при пожаре происходит с постоянной скоростью;
• • свойства древесины необуглившейся (рабочей) части сечения конструкции одинаковы по всей его площади.

Решение прочностной задачи огнестойкости для деревянных конструкций

Для решения этой задачи в первую очередь надо с помощью нормативных документов, справочных пособий определить расчетные сопротивления различных сортов древесины для различных напряженных состояний деревянных конструкций (табл. 1.12).

Изменение напряжений растяжения ст^ (т) центрально растянутых элементов, в зависимости от времени их горения при пожаре т, следует определять из выражения

где N_H — продольная сила от нормативных нагрузок, Н;

А_п (т) — площадь поперечного сечения элемента, нетто, в зависимости от времени горения при пожаре т, м².

Время х_г от начала воспламенения деревянного элемента при пожаре до утраты им несущей способности определяется из условия:

Таблица 1.12

Расчетные сопротивления древесины в зависимости от сорта древесины и вида напряженного состояния, используемые для оценок огнестойкости деревянных конструкций

Изменение напряжений сжатия су_с (т) центрально сжатых элементов, в зависимости от времени их горения при пожаре т, следует определять:

а) по прочности из условия

б) по устойчивости из условия

где |/(т) — коэффициент продольного изгиба, определяемый с учетом изменения рабочего сечения элемента в моменты времени его горения;

A_d(т) — расчетная площадь поперечного сечения элемента с учетом его обугливания.

Время т от начала воспламенения элемента при пожаре до утраты им несущей способности определяется из условия:

Изменение изгибающих напряжений а^_т(х) и скалывающих напряжений ст^(т) изгибаемых элементов, в зависимости от времени т их горения при пожаре, определяются из выражений:

где М_н — изгибающий момент в расчетном сечении от нормативных нагрузок, кНм;

W_n (т) — момент сопротивления рабочего сечения элемента, нетто, в зависимости от времени горения при пожаре, м³;

Q_H — поперечная сила в расчетном сечении от нормативных нагрузок, кН;

S_b(т) — статический момент, брутто, в зависимости от времени т горения расчетного сечения при пожаре, м³;

J_b(т) — момент инерции расчетного сечения, брутто, в зависимости от времени т горения расчетного сечения при пожаре, м⁴; Ь(т) — ширина элемента, в зависимости от времени т его горения при пожаре, м.

Для элементов прямоугольного сечения значения ст^ (т) можно определять из выражения

Время х_г от начала воспламенения древесины элемента при пожаре до утраты им несущей способности определяется из условий:

а) прочности на изгиб:

б) прочности на скалывание: