Портнов Ф.А.
Кандидат технических наук, доцент кафедры комплексной безопасности в строительстве, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет.
Мероприятия по увеличению огнестойкости междуэтажного противопожарного перекрытия и их экономическая значимость
Благодарности. Эта работа была финансово поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (Проект: Теоретико-экспериментальное конструирование новых композитных материалов для обеспечения безопасности при эксплуатации зданий и сооружений в условиях техногенных и биогенных угроз #FSWG-2020-0007).
Актуальность работы состоит в том, что исследование ненесущих противопожарных перекрытий, применяемых в качестве защиты несущих конструкций от воздействия пожара, позволяет расширять возможности при проектировании зданий и сооружений в состав которых входят помещения и отсеки с различным функциональным назначением. Наличие буферной зоны между несущим перекрытием и противопожарным перекрытием позволяет размещать инженерные коммуникации, которые также могут быть защищены от воздействия пожара. Противопожарные перекрытия с узлами крепления элементов, удерживающих сэндвич-панели, к несущим конструкциям являются удобным в монтаже и эксплуатации решением.
Объектом исследования являются конструкции ненесущих противопожарных перекрытий с использованием узлов крепления к несущим конструкциям.
Целью данного исследования является разработка рекомендаций по обеспечению огнестойкости ненесущих междуэтажных противопожарных перекрытий в условиях пожара при соблюдении наиболее выгодных экономических условий проектирования.
Задачи исследования:
- анализ устройства конструкций ненесущих противопожарных перекрытий и факторов, влияющих на их огнестойкость;
- выбор наиболее эффективного и экономически выгодного варианта исполнения конструкций ненесущих противопожарных перекрытий.
Противопожарные перекрытия предназначены для ограничения возможного распространения открытого пламени, высокотемпературных дымовых потоков по вертикали – по этажам зданий, отметкам общественных, промышленных сооружений.
Использование противопожарных перекрытий позволяет проектировать современные строения различных архитектурно-планировочных, объемных форм, деля их на пожарные отсеки, секции, чтобы минимизировать последствия возникновения очага возгорания в любом из них.
Стоит отметить, что изучаемый в работе тип конструкций имеет лишь защитное назначение и требуется только для защиты от воздействия пламени и продуктов горения несущих элементов.
В качестве заполнения ненесущих противопожарных перекрытий используются облегченные конструкции, например, теплоизолирующие сэндвич-панели. Обычно сэндвич панели с минераловатным заполнителем толщиной от 100 мм и плотностью заполнителя около 120 кг/м3 способны обеспечивать огнестойкость EI 45.
Определяющими факторами снижения огнестойкости ненесущих междуэтажных противопожарных перекрытий зависит от многих факторов, например: конструктивной схемы; типа крепления к несущим элементам и количества точек крепления; особенности заполнения ненесущих противопожарных перекрытий;
Стоит отметить, что сэндвич-панели имеют различные варианты соединения друг с другом. Наиболее распространен метод стыковки, заключающийся в беззамковой укладке сэндвич-панелей. Данный вариант соединения наиболее прост в монтаже, но имеет существенные недостатки – в случае возникновения пожара сэндвич-панели способны деформироваться независимо друг от друга, что может привести к образованию зазоров между ними.
В научно-технической литературе в настоящее время одним из наиболее инновационных методом огнезащиты является использование вспучивающихся покрытий, способных обеспечить эффективную огнезащиту стальных конструкций различного сечения. При повышении температуры данные покрытия увеличиваются в объеме и образуют пористую углеродистую структуру с низкой теплопроводностью.
Большой популярностью сегодня пользуются дисперсионные вспучивающиеся краски на водной основе. К недостатками вспучивающихся покрытий можно отнести их низкую устойчивость в случае деформации конструкции. В случае с конструкциями, которые неравномерно подвергаются тепловому воздействию, это может иметь большое значение.
Экспериментальная часть. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94. В качестве образцов применялись конструкции ненесущих противопожарных перекрытий, состоящие из сэндвич-панелей, устанавливаемых на опорные уголки с нанесенным вспучивающимся средством огнезащиты (Образец №1) и с конструктивной огнезащитой (Образец 2).
Принципиальная схема образца приведена на рисунке 1.
На основании проведенного экспериментального определения огнестойкости междуэтажного противопожарного перекрытия зафиксировано, что наступление предельных состояний происходит на 22 минуте для Образца №1 и 27 минуте для Образца №2.
Причиной наступление предельного состояния Образца №1 является появление пламени в стыке между сэндвич панелью и опорными уголками, а Образца №2 является деформация сэндвич панелей и прорыв пламени между стыками конструкций.
Согласно полученным результатам экспериментального исследования огнестойкости противопожарных перекрытий можно отметить следующие особенности поведения изучаемой конструкции.
Использование конструктивных видов огнезащиты (короб из оцинкованной стали с минераловатным заполнителем) является наиболее эффективным способом огнезащиты в сложных вариантах конструкций с зазорами, которые могут образовываться при деформации конструкции. При этом очевидно, что стоимость данного варианта огнезащиты ниже по сравнению с использованием толстослойных вспучивающихся покрытий. Кроме того, технология монтажа конструктивной огнезащиты значительно проще, так как не требует обработки каждого отдельного элемента конструкции.
Исходя из теории поведения строительных материалов, стальные конструкции при воздействии тепла способны термически расширяться. В случае применения оцинкованной стали толщиной 0,8 мм в качестве элемента конструктивной огнезащиты с использованием минераловатного заполнителя для опорных стальных элементов при воздействии повышенных температур часть тепла отводится внутрь защищаемой области, так как заполнение минераловатным материалом производится не по всему объему защищаемого пространства. Кроме того, данный конструктивный элемент надежно закрепляется к сэндвич-панелям и несущей конструкции. В связи с этим деформации или разрушения конструктивной огнезащиты для опорных элементов не наблюдается.
При тепловом воздействии на сэндвич-панели наблюдается следующая картина. В связи с низкой теплопроводностью минераловатного материала, входящего в состав сэндвич-панелей, данный элемент прогревается неравномерно. Обычно, при воздействии равномерно распределенного тепла на плоскость конструкции, небольшая часть тепла с краев конструкции удаляется через примыкающие конструктивные элементы и зоной максимального прогрева находится в геометрическом центре конструкции. Стоит отметить, что использованные в противопожарном перекрытии сэндвич-панели не имеют жесткой связи друг с другом, поэтому все процессы, происходящие с сэндвич-панелями, происходят независимо друг от друга.
Рекомендации по обеспечению огнестойкости.
Как видно по анализу особенностей противопожарных перекрытий с опиранием сэндвич-панелей на узлы крепления к несущим вертикальным конструкциям причиной, низкой огнестойкости конструкции является возникновение зазора между сэндвич-панелями, которая определяется отсутствием жесткого стыка между панелями. В связи с этим следует разработать мероприятия по обеспечению высоких показателей огнестойкости конструкций подобного типа, которые позволят не прибегать к разработке новых вариантов конструктивного исполнения противопожарных перекрытий, а позволят модернизировать имеющиеся.
Предлагается следующий вариант исполнения стыка сэндвич-панелей (рисунок 2).
Данный вариант организации стыка сэндвич-панелей основан на использовании защитной пластины с минераловатным материалов. Данный подход аналогичен тому, что используется при защите зоны опорного элемента.
Для проведения работ по защите стыков производится крепление оцинкованной пластины шириной 15-30 см, имеющей пространство для заполнения минераловатным материалом, с одной стороны, с последующим заполнением минераловатным материалом и закреплением с другой стороны. Для установки оцинкованной пластины используются кровельные саморезы. В качестве минераловатного материала может использоваться аналогичный тому, что применяется для защиты опорных элементов с плотностью 100 кг/м3.
Выводы:
- Проведенный анализ показал, что применение огнезащитных лакокрасочных материалов для конструкций сложного исполнения является малоэффективным и нерентабельным.
- Наиболее эффективным методом защиты конструкций с возможным образование деформационных зазоров при пожаре является использование конструктивным методов огнезащиты по принципу обшивки с заполнением теплоизоляционными минераловатными материалами. Данный метод также отличается и наибольшей экономической выгодой.
- Наиболее уязвимым местом изучаемых конструкций является стык между сэндвич-панелями. Приведенные варианты исполнения защиты стыков позволяют в достаточной степени обеспечить огнестойкость всей конструкции.
Библиографический список:
1. Забегаев А.В. Разработка способов снижения риска от пожаров зданий и сооружений / А.В. Забегаев, А.Г. Тамразян, Ю.П. Дронов, В.М. Ройтман // Жилищное строительство. - М.: 2002. № 2. С. 26-29.
2. Пчелинцев А.В. Влияние совместной работы конструкций на огнестойкость зданий и сооружений // Обеспечение огнестойкости зданий и сооружений при применении новых строительных материалов и конструкций. Материалы семинара. - М.: МДНТП, 1988. С. 5-20.
3. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий / Ассоциация «Пожарная безопасность и наука» – М.: 2001. 98 с.
4. Романенков И.Г. Методы огневых испытаний строительных материалов и конструкций. // - М.: ЦНТИ по гражданскому.