УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

В помощь специалистам проектных и монтажных организаций, страховым компаниям, службам безопасности

Общие требования к комплексному обеспечению безопасности многофункциональных высотных зданий и комплексов

Раздел I

«Противопожарная защита высотных зданий и уникальных объектов»

Москва 2004

Содержание

Предисловие.

Раздел «Противопожарная защита» разработан Всемирной Академией наук комплексных систем безопасности (ВАНКБ), Научно-производственным координационным центром (НПКЦ) «Интерсигнал», Академией ГПС МЧС России (АГПС МЧС России), Московским Государственным строительным университетом (МГСУ), Университетом комплексных систем безопасности и инженерного обеспечения (УКСБ и ИО).

Раздел «Противопожарная защита» разработан авторским коллективом ВАНКБ (д.т.н., проф., академик Любимов М.М., д.т.н., проф., академик Давыдкин Н.Ф., д.т.н., проф., академик Страхов В.Л., д.т.н., проф., академик Мешалкин Е.А., д.т.н., проф., академик Холщевников В.В., д.т.н., проф., академик Соломанидин Г.Г., к.т.н., член-корр. Уханев Р.Ю., к.т.н., член-корреспондент Долгошева ОБ.) под общей редакцией ММ. Любимова.

Издание предназначено в помощь специалистам, занимающимся проектированием, монтажом и эксплуатацией систем и технических средств противопожарной защиты, а также специалистам страховых компаний, служб безопасности и контролирующих органов. Может служить учебным пособием для студентов и слушателей курсов повышения квалификации по специальностям, связанным с системами безопасности и противопожарной защиты.

Материал может быть использован для разработки специальных технических регламентов.

1. Общие положения

1.1. Настоящие нормы и правила разработаны с учетом опыта проектирования, строительства и эксплуатации высотных зданий в г. Москве и других городах России, а также мирового опыта. Они распространяются на проектирование, строительство и эксплуатацию высотных многофункциональных зданий и содержат требования, отражающие как общую специфику противопожарной защиты многофункциональных зданий и комплексов различной этажности, так и конкретные особенности зданий, с учетом размещения в них помещений различного класса функциональной пожарной опасности.

1.2. Принята следующая классификация высотных зданий (таблица 1).

Таблица 1

Примечания: 1. Высота этажа принята 3 м.

2. Здания и сооружения высотой свыше 250 м должны проектироваться на основании специальных технических условий, согласованных с ГУГПС МЧС России и Госстроем России.

1.3. В высотных многофункциональных зданиях допускается, наряду с жилыми квартирами, размещать помещения общественного назначения, относящиеся к следующим классам функциональной пожарной опасности: Ф 1.2 (гостиницы), Ф 2.1 (кинотеатры, концертные залы, клубы), Ф 3.1, Ф 3.2, Ф 3.5, Ф 3.6 и Ф 4.3 (кроме научно-исследовательских организаций, имеющих в своем составе лаборатории), а также помещения классов Ф 5.1 (мастерские по обслуживанию зданий, входящие в состав служб эксплуатации) и Ф 5.2 (стоянки автомобилей без помещений технического обслуживания, подсобные помещения служб эксплуатации).

Помещения классов Ф 3.1, Ф 3.2, Ф 3.5, Ф 3.6 могут располагаться в одном пожарном отсеке с помещениями других классов функциональной пожарной опасности.

1.4. Высотные здания (25 и более этажей) относятся к сооружениям I уровня ответственности, пожары (ЧС) в которых могут привести к тяжелым экономическим и социальным последствиям.

1.5. На высотные многофункциональные здания должен разрабатываться проект «Противопожарная защита», который должен включать:

- систему предотвращения пожара;

- систему пассивной противопожарной защиты;

- систему активной противопожарной защиты;

- организационно-технические мероприятия;

- систему ликвидации пожара оперативными подразделениями и спасение людей.

1.6. Противопожарную защиту следует рассчитывать на одну проектную аварию мощностью пожара 10 МВт в любом отдельно взятом пожарном отсеке:

1.7. Системы противопожарной защиты здания должны обеспечивать уровень пожарной безопасности людей не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека, а уровень пожарной опасности для людей должен быть не более 10^-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих предельно допустимые значения, в год в расчете на каждого человека, а также действия пожарных подразделений по тушению пожара и проведению спасательных работ.

1.8. При сооружении высотных зданий должны использоваться строительные, отделочные, теплоизоляционные материалы, оборудование, пожарная техника, имеющие сертификаты на соответствие требованиям пожарной безопасности.

2. Система предотвращения пожара

2.1. При проектировании не допускается размещение в высотных зданиях помещений категорий «А» и «Б» по пожаровзрывоопасности, а также помещений по торговле, хранению и применению легковоспламеняющихся товаров, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также горючих и негорючих газов.

2.2. Для предотвращения возможности образования взрывопожароопасных концентраций в объеме автостоянок необходимо предусматривать подсистему общеобменной вентиляции с автоматизированным управлением по сигналам газоанализаторов.

2.3. В подземных автостоянках следует предусматривать контроль газовоздушной среды:

- газоанализаторами, реагирующими на образование взрывоопасной газопаровоздушной среды (ЛВЖ, ПК);

- газоанализаторами, реагирующими на образование взрывоопасной газопаровоздушной среды (метан);

- газоанализаторами, реагирующими на образование опасных концентраций (СО, CO₂,NO₃).

2.4. Тарировка газоанализаторов должна обеспечивать как контроль предельно допустимых концентраций, так и контроль появления дыма при пожаре.

2.5. При проведении отделочных работ необходимо максимальное применение негорючих и трудногорючих веществ и материалов.

2.6. При размещении в высотных зданиях предприятий бытового обслуживания, в помещениях с возможным образованием горючей пыли необходимо предусматривать оборудование в искробезопасном исполнении, а также самостоятельную вентиляцию.

2.7. Высотные многофункциональные здания должны быть защищены от первичных и вторичных воздействий молнии.

3. Система пассивной противопожарной защиты

Технические решения по ситуационному и генеральному планам

3.1. Пожарная защита проектируемого здания от возможных источников зажигания, имеющих высокую температуру пожара, должна обеспечиваться за счет соблюдения нормативных противопожарных разрывов до существующих зданий и сооружений городской застройки: минимальные противопожарные разрывы от проектируемого здания до других зданий должны соответствовать требованиям табл. 2, или определяться расчетом.

Таблица 2

Противопожарные разрывы между высотными многофункциональными зданиями различных типов и другими зданиями различных степеней огнестойкости и класса пожарной опасности

Примечание: Расстояние между двумя высотными зданиями следует принимать не менее 25 м

3.2. Расстояние от ближайшей пожарной части (депо) до строящихся зданий типа 1 не должно превышать 2 км, зданий типов 2, 3, 4 - 1 км. Пожарная часть (депо) должна быть укомплектована автонасосами высокого давления, пожарной автолестницей, коленчатым подъемником высотой не менее 50 м.

3.3. Для обеспечения проезда пожарных машин вокруг высотного здания, на расстоянии 8-10 метров от наружных стен должны быть предусмотрены дороги с твердым покрытием шириной не менее 6 м. Радиусы поворотов для проезда современных пожарных автомобилей предусматривать не менее 12 м.

3.4. По периметру высотного многофункционального здания должны быть предусмотрены площадки для установки специальной противопожарной техники (подъемники, автолестницы) с целью обеспечения доступа аварийно-спасательных подразделений в любое помещение, находящееся на высоте 50 м.

3.5. В зоне между зданием и проездами не следует предусматривать устройство каких-либо сооружений, площадок для парковки автомашин и пр., препятствующих установке специального пожарного оборудования - автонасосов, автолестниц и коленчатых подъемников.

Примечание: Не допускается использовать проезды для пожарных автомобилей под стоянку транспорта.

3.6. Конструкция дорожного полотна пожарного проезда должна быть рассчитана на нагрузку от автомеханической лестницы (коленчатого подъемника) весом не менее 16 т на ось.

3.7. Проезды для пожарных автомобилей должны быть предусмотрены к эвакуационным выходам, пожарным гидрантам, входам в здание, входам, ведущим к пожарным лифтам на 1 этаже, а также к местам установки наружных патрубков сети внутреннего противопожарного водопровода для подключения передвижных пожарных насосов.

3.8. Высоту арочных проемов на пути проезда пожарных автомобилей следует предусматривать не менее 4,2 м.

3.9. При оснащении фасадов зданий подъемными устройствами для ремонта и очистки фасадов, указанные устройства должны рассчитываться на использование пожарными подразделениями, в том числе для спасения людей.

3.10. Наземные вертолетные площадки для доставки спасаемых людей должны находиться на расстоянии 500 м от здания.

Технические решения по наружному водоснабжению для целей пожаротушения

3.11. Для обеспечения наружного пожаротушения проектируемого здания следует предусматривать не менее 3-х пожарных гидрантов в радиусе 150 м на городской водопроводной сети, рассчитанных на возможность забора воды специальными автонасосами с расходом не менее 100 л/с. Места установки пожарных гидрантов должны обозначаться светоуказателями на фасаде здания, присоединенными к сети наружного освещения.

3.12. На фасад здания от системы внутреннего противопожарного водопровода (каждой зоны) должны быть выведены патрубки с соединительными головками диаметром 80 мм, обратными клапанами и задвижками, управляемыми снаружи, для подключения пожарных автонасосов.

Конструктивные решения

3.13. Несущие конструкции зданий должны выполняться из монолитного и сборного железобетона. Здание должно быть не ниже I степени огнестойкости и класса С0 конструктивной пожарной опасности.

3.14. Кровля зданий должна быть выполнена из негорючих материалов.

3.15. Пределы огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать требованиям таблицы 3.

Таблица 3

Пределы огнестойкости строительных конструкций высотных зданий

 

Определение требуемой (нормируемой) и фактической степени огнестойкости

3.16. Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций высотных зданий определяются экспериментально или расчетом по специальным методикам (приложения 2,3) с использованием сертифицированных программ, учитывающих:

а) отличия температурных режимов огневого воздействия на конструкцию от стандартной температурно-временной зависимости (значительно более высокого уровня температуры при горении углеводородных топлив, немонотонного изменения температуры при реальном пожаре, имеющем фазы активного горения и затухания, и т.п.);

б) влияние на температурное поле в конструкциях:

- высокотеплопроводных элементов - тепловых мостов (арматуры, стальных закладных деталей, узлов крепления, элементов оформления проемов и т.п.);

- полостей, заполненных газом;

- термического разложения (дегидратации) материала конструкции;

- конденсации пара и испарения влаги в прогретом слое конструкции;

- изменения теплофизических свойств материала в процессе нагрева;

в) сложную пространственную форму конструкций, их многосвязность и многократную статическую неопределенность;

г) совместную работу (механическое воздействие) стальных и железобетонных элементов в сталежелезобетонных конструкциях;

д) изменения в процессе нагрева напряженно-деформированного состояния предварительно напряженных железобетонных конструкций;

е) изменения упругопластических свойств бетона и стали (параметров диаграммы деформирования) в зависимости от температуры;

ж) влияния на напряженно-деформированное состояние и несущую способность конструкции:

- увеличивающихся по мере нагрева прогибов;

- температурного расширения или усадки материала;

- изменений температурного поля и выключения из работы элементов сечения, в которых достигается предельное состояние материала;

- образования пластических шарниров в опасных сечениях и трещин в бетоне.

3.17. При получении фактического предела огнестойкости строительной конструкции меньше требуемого предела необходимо либо изменить принятое конструктивное решение, либо повысить огнестойкость принятой конструкции путем ее огнезащиты.

3.18. Требуемые параметры (вид и толщина) огнезащиты строительных конструкций определяются расчетом с использованием сертифицированных программ по специальной методике (приложение 4), позволяющих учитывать:

а) отличие температурных режимов огневого воздействия на конструкцию с огнезащитой от стандартной температурно-временной зависимости;

б) влияние на температурное поле в конструкциях с огнезащитой:

- тепловых мостов (элементов крепления огнезащиты к строительным конструкциям);

- полостей, заполненных газом;

- термического разложения (дегидратации) материала огнезащиты;

- переноса массы пара в проницаемой пористой среде - прогретом слое огнезащиты;

- конденсации пара внутри прогретого слоя огнезащиты и на защищаемой поверхности и последующего испарения влаги;

- изменения теплофизических свойств материала огнезащиты и конструкции в процессе нагрева.

Противопожарные требования к объемно-планировочным решениям

Разделение зданий на пожарные отсеки

3.19. Высотные здания с учетом допустимой площади этажа между противопожарными стенами, функциональной пожарной опасности и этажности, следует разделять по вертикали и горизонтали на пожарные отсеки:

- в пределах подземной части - противопожарными стенами REI 240 и противопожарными перекрытиями REI 240;

- в надземной части - противопожарными перекрытиями REI 180 или техническими этажами, имеющими противопожарные стены REI 180 и противопожарные перекрытия REI90.

3.20. Площадь этажа в пределах пожарного отсека должна быть:

- для автостоянок и подземной части не более 3000 м²;

- для надземной части (до 18 этажа включительно) не более 4000 м²;

- для верхних (19 и выше этажи) надземных этажей не более 2000 м².

Высота пожарного отсека наземной части зданий не должна превышать 50 м.

3.21. Каждый отсек должен быть оснащен автоматическими секциями систем противопожарной защиты (СПЗ), а также объектовым пунктом пожаротушения.

3.22. В самостоятельных пожарных отсеках должны располагаться:

- помещения класса Ф 1.2 (гостиница);

- помещения класса Ф 2.1 (кинотеатры, концертные залы, клубы);

- помещения класса Ф 4.3;

- помещения класса Ф 5.2.

Помещения классов Ф 3.1, Ф 3.2, Ф 3.5, Ф 3.6 могут располагаться в одном пожарном отсеке с помещениями других классов функциональной пожарной опасности.

3.23. На технических этажах высотных зданий, разделяющих пожарные отсеки, вблизи пожарных лифтов должны быть запроектированы помещения опорных пунктов пожаротушения площадью не менее 12 м², предназначенные для хранения противопожарного оборудования и средств спасения.

3.24. Верхние (на высоте более 50 м) пожарные отсеки зданий, не обеспеченные доступом пожарных по автомеханическим лестницам или подъемникам, должны быть обеспечены зонами безопасности на уровне технических этажей, рассчитанными на защиту людей в течение 2 ч.

3.25. В жилой части зданий зоны безопасности допускается объединять с помещениями опорных пунктов пожаротушения.

Примечание: К зонам безопасности относятся помещения, выделенные противопожарными преградами с пределом огнестойкости не менее 2,5 ч. Площадь помещений зон безопасности принимается из расчета защиты одновременно находящихся на трех этажах людей (0,5 м² на одного защищаемого человека), но не менее 25 м².

3.26. Перечень хранимого оборудования и средств спасения должен быть согласован с городской пожарной частью. Допускается объединять указанные помещения с помещениями зон безопасности.

3.27. Административные и другие обслуживающие помещения, расположенные в жилой зоне, должны быть выделены противопожарными перегородками 1-го типа.

3.28. Предприятия розничной торговли должны отделяться друг от друга и от помещений иного назначения противопожарными перегородками 1-го типа.

В перегородках, отделяющих предприятия торговли от коридоров, холлов, допускается предусматривать витрины с пределом огнестойкости не менее 0,5 ч.

3.29. В случае разделения здания на пожарные отсеки противопожарными перекрытиями (без технического этажа) данные перекрытия должны выступать за пределы внешней плоскости фасада на 0,75 м, а междуэтажные перекрытия должны рассекать наружное остекление.

3.30. Сообщение между этажами в пожарных отсеках подземной части должно осуществляться через незадымляемые лестничные клетки типа Н2. Вход в указанные лестничные клетки должен быть через тамбур-шлюзы 1-го типа.

3.31. Лестничные клетки типа Н2 в высотных зданиях должны быть разделены по высоте на отсеки рассечками. Высота отсека лестницы определяется исходя из условия, что давление, создаваемое системой подпора воздуха на эвакуационные двери, не будет превышать 50 МПа, но не более 50 м.

3.32. Переход из одного отсека лестницы в другой должен осуществляться через тамбур-шлюзы 1-го типа. Указанные переходы необходимо предусматривать, как правило, на уровне технических этажей.

3.33. Устройство открытых лестниц (кроме внутриквартирных) и атриумов в высотной части зданий не допускается.

3.34. Атриумные пространства в высотных многофункциональных зданиях могут быть на высоту не более 5 этажей. При этом пространство атриумов должно отделяться от помещений и путей эвакуации противопожарными стенами 2-го типа.

3.35. Коридоры длиной более 60 м должны разделяться на отсеки противопожарными перегородками с пределом огнестойкости EI 45, с самозакрывающимися противодымными дверями.

3.36. Зальные помещения, в которых возможно одновременное пребывание более 100 человек, не должны располагаться выше 16 этажа.

3.37. Для офисной и жилой частей зданий допускается на 1 этаже предусматривать общую вестибюльную группу.

3.38. Объем парильной сауны должен быть не менее 8 м³ и не более 24 м³, использование для обшивки парильной смолистой древесины не допускается. Мощность электрокаменки не должна превышать 15 кВт., электрокаменка должна устанавливаться на расстоянии от стен не менее 20 см. Помещение парильной следует оборудовать по периметру дренчерным устройством из расчета интенсивности орошения не менее 0,05 л/с на 1 м² с управлением перед входом в парильную.

3.39. В целях предупреждения распространения пожара по фасадам зданий оконные проемы в наружных стенах технических этажей, делящих здания на пожарные отсеки, и в вышележащем над каждым из них этажом, должны быть остеклены огнестойким стеклом, обеспечивающим предел огнестойкости 1 ч.

3.40. Двери в противопожарных стенах 1-го типа, стенах лестничных клеток, тамбур-шлюзов 1-го типа, квартир, коммуникационных шахт и ниш, электрощитовых, вент-камер, мастерских, насосной и других пожароопасных помещений должны быть противопожарными с пределом огнестойкости не менее 1 ч. Входные двери апартаментов (квартир) должны иметь уплотнения в притворах.

3.41. Перед шахтами лифтов и лестничными клетками в подземной части здания должно быть предусмотрено устройство тамбур-шлюзов 1-го типа.

3.42. Выход из помещений любого назначения на 1 этаже зданий (кроме помещений охраны) непосредственно в вестибюли незадымляемых лестничных клеток типа Н2 не допускается.

3.43. Пожарная нагрузка в помещениях высотной части не должна превышать 50 кг горючего материала (древесины) на 1 м² площади.

3.44. В вестибюльной зоне жилой и офисной частей высотного здания могут быть предусмотрены самостоятельные лифты, которые при пожаре поднимаются на посадочный этаж, останавливаются с открытыми дверями и переводятся в режим «Перевозка пожарных подразделений» специальным ключом.

3.45. Технические помещения, обслуживающие здания и расположенные в подвале, должны иметь отдельные от расположенных в том же подвале автостоянок эвакуационные выходы. Допускается их сообщение с автостоянками через тамбур-шлюзы 1-го типа.

Технические решения по противопожарным преградам, включая трансформируемые

3.46. К противопожарным преградам относятся:

- стены и перекрытия, отделяющие пожарные отсеки;

- стены лестничных клеток;

- междуэтажные перекрытия;

- стены, отделяющие рампы автостоянок;

- перегородки, выделяющие коридоры и лифтовые холлы;

- перегородки, отделяющие пожароопасные и технические помещения;

- перегородки, отделяющие апартаменты друг от друга;

- перегородки, отделяющие помещения различных арендаторов;

- ограждающие конструкции коммуникационных шахт,

- перегородки, отделяющие тамбур-шлюзы.

Противопожарные преграды должны быть класса К0 пожарной опасности.

3.47. При устройстве монолитных железобетонных перекрытий или покрытий допускается применять стальной профилированный настил в виде несъемной опалубки, не учитываемой в качестве несущей арматуры.

3.48. На всех этажах, кроме первого, лифтовые холлы должны быть отделены от других помещений противопожарными перегородками 1-го типа с противопожарными дверями 1-го типа. Непосредственный выход в лифтовые холлы из каких-либо помещений, кроме примыкающих коридоров, не допускается.

3.49. Допускается сообщение технических помещений, обслуживающих здание и расположенных в подвале, с автостоянками через тамбур-шлюзы.

3.50. Перегородки, отделяющие офисные, торговые и иные помещения разных арендаторов, должны быть противопожарными 1-го типа. Предел огнестойкости перегородок, отделяющих офисные помещения одного арендатора, не нормируется, их допускается выполнять из слабогорючих материалов (Г1).

3.51. Квартиры (апартаменты) должны отделяться друг от друга противопожарными перегородками с пределом огнестойкости 1 ч.

3.52. В местах пересечений инженерными коммуникациями (в том числе расположенными в коммуникационных шахтах) междуэтажных перекрытий, противопожарных преград (стен, перегородок, перекрытий) должны быть предусмотрены рассечки или заделка неплотностей негорючими материалами с пределом огнестойкости, соответствующим пределу огнестойкости пересекаемой конструкции, а на воздуховодах должна быть предусмотрена установка огнезадерживающих клапанов.

Защити проемов

3.53. Проемы в противопожарных стенах и лестничных клетках следует заполнять противопожарными дверьми 1-го типа.

3.54. Двери выходов из офисов, контор, номеров гостиниц, жилых помещений и т. д. на путях эвакуации следует предусматривать противопожарными 2-го типа.

3.55. Выходы из комплекса бани сухого жара в коридоры должны быть через тамбур шлюзы 1-го типа.

3.56. Двери, люки и другие заполнения проемов в конструкциях с нормируемым пределом огнестойкости должны быть противопожарными. Тип дверей определяется исходя из того, чтобы их огнестойкость составляла не менее 50 % от нормируемого предела огнестойкости конструкций. При этом в конструкциях с огнестойкостью более 120 мин. допускается использовать противопожарные двери 1-го типа

3.57. Двери и люки коммуникационных шахт должны быть противопожарными 2-го типа.

В коммуникационных шахтах, предназначенных только для трубопроводов водоснабжения и канализации с применением труб из негорючих материалов и с уплотнением узлов их пересечения с перекрытиями негорючими материалами, допускается применять противопожарные двери 3-го типа.

3.58. Ограждающие конструкции лифтовых холлов (тамбуров) должны быть выполнены из противопожарных перегородок 1-го типа с противопожарными дверями 2-го типа в дымогазонепроницаемом исполнении. Указанные двери должны иметь устройства самозакрывания и уплотнения в притворах с обеспечением сопротивления дымогазопроницанию не менее 50000 кг^-1·м^-1.

3.59. Для предотвращения распространения пожара по фасаду необходимо предусмотреть следующие конструктивные решения:

- устройство в уровне противопожарных перекрытий козырьков и выступов из негорючих материалов с огнестойкостью REI 60, шириной не менее 1 м;

- навеска на окнах двух-трех этажей, находящихся над противопожарным перекрытием, огнестойких штор, перекрывающих оконные проемы при пожаре в нижележащем отсеке.

- заполнение оконных проемов двух-трех этажей, находящихся над противопожарным перекрытием, огнестойкими окнами с термостойкими стеклами, обеспечивающими предел огнестойкости 1 ч.

Требования пожарной безопасности к системам вентиляции и кондиционирования воздуха

3.60. Каждый пожарный отсек должен быть обеспечен самостоятельными системами приточно-вытяжной вентиляции. Вентиляционные камеры, как правило, должны быть расположены в пределах обслуживаемого пожарного отсека.

3.61. Вентиляционные каналы должны изготавливаться из негорючих материалов, а при прохождении через противопожарные преграды (стены, перекрытия и т.п.) должны оборудоваться огнезадерживающими клапанами с соответствующим пределом огнестойкости.

3.62. В местах подключения воздуховодов из квартир (апартаментов), офисов и других помещений общественно-культурного назначения к вертикальному коллектору должны быть установлены огнезадерживающие клапаны.

3.63. Воздуховоды, проходящие через помещения транзитом, должны иметь предел огнестойкости не менее 0,5 ч, а пересекающие противопожарные преграды - не менее огнестойкости противопожарной преграды.

3.64. Вертикальные воздуховоды должны прокладываться в огнестойких шахтах с пределом огнестойкости 180 мин.

3.65. Вентиляционные системы, обслуживающие пожарный отсек, должны автоматически отключаться при поступлении сигнала о пожаре.

3.66. Инженерные коммуникации подземных автостоянок (кроме водопровода, канализации и теплоснабжения из металлических труб) проходящие транзитом через наземные помещения должны изолироваться строительными конструкциями с пределом огнестойкости не менее 3 часов. Инженерные коммуникации наземной части проходящие транзитом через подземные автостоянки, должны также изолироваться строительными конструкциями с пределом огнестойкости не менее 3 часов.

Комплексная противодымная защита

3.67. Противодымная защита предназначена для предупреждения распространения опасных факторов пожара по зданию в течение всего времени пожара до его ликвидации, что достигается комплексом мероприятий, включающим объемно-планировочные и конструктивные решения, работу инженерных систем по специальному алгоритму, а также подсистемами дымоудаления и подпора воздуха.

3.68. Подсистему дымоудаления следует предусматривать:

- из помещений автостоянок;

- из коридоров офисной части и прихожих квартир (апартаментов) жилой части;

- из служебных, вспомогательных помещений и помещений категории В1 - В4 по пожарной опасности, не имеющих или имеющих недостаточное по площади и размещению естественное освещение;

- из коридоров в подземной части здания длиной более 15 метров, не имеющих естественного освещения;

- из зальных, торговых и выставочных помещений, не имеющих естественного освещения.

3.69. Подсистема подпора воздуха при пожаре должна быть предусмотрена:

- в шахтах лифтов;

- в отсеках лестничных клеток типа Н2;

- в тамбур-шлюзах 1-го типа перед шахтами лифтов и лестничными клетками;

- в помещениях зон безопасности;

- в коридорах, ведущих в эвакуационные лестничные клетки в высотной части.

3.70. Подпор воздуха в отсеки лестничных клеток типа Н2 должен быть обеспечен путем подачи воздуха по шахте через отверстия, равномерно расположенные по высоте лестницы (3-5 этажей), оборудованные клапанами. Предел огнестойкости ограждающих конструкций шахты для подачи воздуха должен быть не менее 180 мин. Величина подпора воздуха при пожаре должна быть не менее 20 Па и не более 50 Па.

Сила необходимая для открытия дверей на путях эвакуации не должна превышать 100 Н на дверную ручку.

Подача воздуха в отсеки лестничных клеток и тамбур-шлюзы 1-го типа должна осуществляться разными вентсистемами.

3.71. Каждый пожарный отсек должен иметь самостоятельную подсистему противодымной защиты.

Присоединение подсистем дымоудаления из помещений, расположенных над разделяющими пожарные отсеки противопожарными перекрытиями, к системам дымоудаления из помещений, расположенных ниже этих перекрытий, не допускается.

3.72. Массовый расход удаляемых продуктов горения из зоны возникновения пожара в пожарном отсеке многофункционального высотного здания определяется расчетом.

3.73. При устройстве общих на пожарный отсек высотной части подсистем дымоудаления, размещение выбросных отверстий допускается предусматривать на кровле верхнего технического этажа.

Расстояние по горизонтали от выбросных отверстий подсистем дымоудаления до приемных отверстий подсистем подпора воздуха или воздухозаборных отверстий подсистем вентиляции должно быть не менее 15 м.

3.74. В составе систем противодымной вентиляции должны быть предусмотрены:

- дымовые вытяжные каналы, содержащие компенсаторы линейных тепловых расширений и узлы креплений (подвески);

- дымовые клапаны с заборными отверстиями, расположенные в верхней части защищаемых помещений противопожарного отсека и установленные в вытяжных каналах с шагом, определяемым расчетом по условию обеспечения эффективности удаления продуктов горения при пожаре;

- вентиляторы дымоудаления специального исполнения, обеспечивающие работоспособность в течение 1 ч при температуре 600 °С и 2 ч при температуре 450 °С.

3.75. Расчет температуры дымовых газов перед вентилятором и параметров теплового состояния стенок каналов дымоудаления производится по приложению 4.

При превышении температуры дымовых газов перед вентилятором допускается предусматривать их охлаждение.

3.76. Предел огнестойкости дымовых вытяжных каналов, дымовых клапанов следует предусматривать в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4

3.77. Расчет пределов огнестойкости воздуховодов дымоудаления с огнезащитой приведен в приложении 5, параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления - в приложении 6, параметров огнезащиты узлов крепления воздуховодов дымоудаления к строительным конструкциям - в приложении 7.

3.78. Клапаны дымоудаления должны быть выполнены из негорючих материалов и иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч. Радиус обслуживания клапана не должен превышать 15 м.

3.79. Предел огнестойкости шахт дымоудаления в пределах обслуживаемого пожарного отсека должен быть не менее 1,5 ч, а в пределах защищаемого помещения не менее 1 ч.

3.80. Оборудование подсистем противодымной защиты следует располагать в отдельных помещениях, выделенных противопожарными перегородками 1-го типа.

3.81. Помещения площадью более 1600 м² необходимо разделять на дымовые зоны, учитывая возможность возникновения пожара в одной из них. Каждую дымовую зону следует, как правило, ограждать плотными вертикальными завесами из негорючих материалов, спускающимися с потолка (перекрытия) к полу, но не ниже 2,5 м от него, образуя под потолком (перекрытием) «резервуары дыма».

Конструктивные и планировочные решения эвакуационных путей и выходов, лестниц для эвакуации людей, специальных зон безопасности

3.82. В случае пожара или других чрезвычайных ситуаций возможность эвакуации и спасения людей из помещений высотного здания должна обеспечиваться эвакуационными путями: эвакуационными лестничными клетками, коридорами с устройством тамбур-шлюзов, ведущими через эвакуационные выходы непосредственно наружу или в зону безопасности, а также пассажирскими лифтами.

3.83. Структура и размеры эвакуационных путей и выходов должны обеспечивать беспрепятственную своевременную эвакуацию людей из любой части высотного здания.

Своевременность эвакуации людей обеспечивается, если на каждом участке (i) эвакуационного пути вероятность (Р) максимального значения расчетного времени эвакуации (t_эв.i) с него последнего человека выше вероятности минимального расчетного значения необходимого времени (t_нб.i) эвакуации с него людей, т.е.

Р(мах t_эв.i)  > Р(мin t_нб.i)

где: t_нб.i - расчетное значение времени, мин., необходимого для эвакуации людей с i-го участка до достижения на нем предельно допустимых уровней воздействия на людей опасных факторов пожара, определяемое динамикой их распространения при различных вариантах функционирования систем противодымной защиты и пожаротушения;

t_эв.i = t_н.э + Σ t_pi - расчетное значение времени эвакуации с i-го участка последнего из проходящих по нему людей;

t_н.э - интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей, определяется психофизиологией поведения людей при получении информации о пожаре, его расчетное значение принимается (по данным приложения 8) в зависимости от функциональной пожарной опасности здания и системы оповещения людей о пожаре;

Σ t_pi - расчетное значение времени выхода (мин.) с i-го участка замыкающей части образовавшегося на нем людского потока, определяемое как сумма времени движения людей по нему и предшествующим участкам с учетом переформирования частей потока в последовательные моменты времени Δ t с момента начала эвакуации при использовании для эвакуации лифтов. В состав суммы Σ t_pi  включается t_р.л. - время эвакуации людей при помощи лифтов, значение которого равно t_р.л.= 60 N_л / Σ П_л. мин., где: N_л - количество людей, чел., использующих при эвакуации лифты;

Σ П_л - суммарная провозная способность, чел./ч всех лифтов, используемых для эвакуации N, людей.

Беспрепятственность эвакуации обеспечивается, если людской поток при своем движении по участкам пути не встречает механических препятствий и его величина Q_i, чел./мин., не превосходит пропускной способности П_i, чел/мин., поперечных сечений участков пути и при его одновременном слиянии на их границах с другими потоками со смежных (i-1) участков

Q_i = Σ Q_i-1 / П_i

Значения параметров людских потоков определяются по данным приложения 8.

Пожарные отсеки, этажи здания, помещения, в которых возможно одновременное пребывание более 50 чел., жилые квартиры (апартаменты), а также технические помещения площадью более 300 м² должны иметь не менее двух рассредоточенных эвакуационных выходов в коридор, ведущий к эвакуационному выходу с этажа. Коридор должен отделяться от помещений противопожарными преградами 1-го типа и оборудоваться системой дымоудаления. Ширина, протяженность и планировочные решения эвакуационных выходов, необходимое время эвакуации должны быть определены расчетами. При этом должно быть учтено требование о проектировании ширины проходов с учетом беспрепятственного проноса носилок с лежащим на них человеком.

3.84. Минимальная ширина магистральных проходов, соединяющих несколько поперечных к ним проходов между оборудованием в помещениях и ведущих к эвакуационным выходам из них, также как и ширина коридоров в высотных зданиях, должна быть не менее 1,8 м.

Ширина дверей эвакуационных выходов из помещений и коридоров должна обеспечивать беспрепятственность эвакуации людей через них и быть не менее 0,9 м.

Минимальная ширина маршей в незадымляемых лестничных клетках высотных зданий должна составлять: 1,2 м - в жилых, 1,35 м - в зданиях иного функционального назначения. Ширина лестничных площадок и ширина дверей эвакуационных выходов из лестничных клеток наружу или в эвакуационные переходы в другие здания должна быть не менее ширины лестничного марша.

3.85. Максимальное расстояние от дверного проема любого эвакуационного выхода в зону противопожарной безопасности или тамбура перехода в смежный противопожарный отсек до наиболее удаленного от него места на этажах высотного здания определяется условиями обеспечения своевременной эвакуации населения этажа при возникновении на нем пожара и блокирования одного из эвакуационных выходов до начала эвакуации людей из помещений этажа.

3.86. Двери эвакуационных выходов должны открываться по направлению движения людей при эвакуации, оборудоваться автоматическими устройствами для их закрывания при пожаре, уплотнениями в притворах и замками «антипаника».

3.87. Освещенность путей эвакуации и эвакуационных выходов в высотных зданиях должна обеспечивать видимость в дыму при пожаре не менее 20 м (средняя горизонтальная освещенность должна быть не менее 50 Лк).

3.88. Пожарные отсеки разной функциональной пожарной опасности должны быть обеспечены самостоятельными эвакуационными выходами.

3.89. Для обеспечения эвакуации людей в случае пожара в высотном здании следует предусматривать незадымляемые лестничные клетки типов.

3.90. Количество незадымляемых лестничных клеток должно определяться из условия, чтобы расстояние от наиболее удаленного места на этажах до входа в эвакуационную лестничную клетку не превышало 30 м, а от наиболее удаленных мест с выходом в тупиковые коридоры составляло не более 15 м.

3.91. Для пожарных отсеков жилой, офисной и других частей высотного здания допускается устройство общих незадымляемых лестничных клеток с входом в них на каждом этаже через тамбур-шлюзы 1-го типа.

3.92. При использовании в проекте незадымляемых лестничных клеток типа H1 расстояние от дверей помещений (квартир) до тамбура при выходе на переходную лоджию следует принимать не более 12 м.

3.93. Двери незадымляемой лестничной клетки H1 и тамбуров при выходе на переходные лоджии следует предусматривать дымоогнезащитными, с уплотнением в притворах, остеклением из армированного стекла, с устройствами для самозакрывания.

3.94. Дверные проемы входных тамбуров незадымляемых лестничных клеток типа Н2, НЗ, лифтовых холлов, коридоров, помещений мусоропроводов следует защищать противопожарными дверями. Открывание всех дверей на путях эвакуации должно предусматриваться по направлению выхода из здания. Высота эвакуационных дверей должна быть не менее 2 м (в свету).

3.95. Лестничные клетки типа H1 следует обеспечивать естественным освещением через окна в наружных стенах.

3.96. Проход к эвакуационным незадымляемым лестничным клеткам из офисов, апартаментов и других помещений должен быть по коридору, минуя лифтовые холлы. Коридоры должны отделяться от офисов, апартаментов (квартир) и других помещений противопожарными перегородками 1-го типа.

3.97. Минимальная ширина основных эвакуационных коридоров в высотных зданиях должна быть не менее 2 м с учетом полного открывания дверей из помещений.

3.98. Ширина маршей и площадок эвакуационных лестничных клеток в здании определяется по расчету, но не менее 1,35 м с зазором между маршами не менее 10 см.

3.99. Наружные двери лестничных клеток следует принимать шириной 1,40-1,50 м, т.е. больше ширины марша.

3.100. Лестничные клетки надземной части комплекса должны быть отделены от лестничных клеток подземной части глухими (без проемов) противопожарными перегородками 1-го типа.

3.101. Выходы из лестничных клеток должны быть непосредственно наружу или через самостоятельные вестибюли, отделенные от примыкающих коридоров противопожарными перегородками 1-го типа.

3.102. Двери лестничных клеток и выходов непосредственно наружу должны быть оборудованы замками типа «антипаника».

3.103. При размещении на путях эвакуации запираемых по условиям эксплуатации дверей в них должны быть предусмотрены запоры, открываемые только со стороны эвакуирующихся.

3.104. Из всех незадымляемых лестничных клеток необходимо запроектировать выходы на покрытие здания по лестничным маршам через противопожарные двери 2-го типа.

3.105. Нежилые помещения на 1 этаже должны быть обеспечены обособленными эвакуационными выходами.

3.106. На покрытиях зданий следует предусмотреть выходы на кровлю непосредственно из лестничных клеток типа Н2.

3.107. В высотных многофункциональных зданиях необходимо предусматривать возможность эвакуации людей с использованием лифтов, расчет времени эвакуации приведен в приложении 9.

Противопожарные технические требовании к электроснабжению

Требования к пожарной защите электрооборудования общего назначения

3.108. Все помещения вводно-распределительных устройств и электрощитовые должны быть выделены противопожарными перегородками с пределом огнестойкости не менее EI 90.

3.109. Конструкция, вид исполнения, способ установки, класс изоляции электрооборудования и материалов должны соответствовать номинальным напряжениям сети, условиям окружающей среды и техническим условиям.

3.110. Для предотвращения чрезмерного нагрева в условиях длительной эксплуатации провода, кабели, аппараты, электродвигатели должны быть рассчитаны на требуемые нагрузки и мощности. Кабели, прокладываемые в электротехнических нишах и шахтах, следует выполнять с применением изоляции, не распространяющей горение, или указанные шахты должны быть оборудованы системами автоматического пожаротушения.

3.111. Прокладка транзитных кабелей через пожароопасные помещения и лестничные клетки не допускается.

3.112. Способ прокладки, конструктивное исполнение силовых и осветительных сетей, виды и способы выполнения их защиты оттоков короткого замыкания и перегрузок, тип оборудования, аппаратуры и установочных изделий должны соответствовать назначению помещений, классификации по ПУЭ соответствующих зон и помещений в отношении их пожароопасности. В местах пересечения противопожарных преград группами кабелей следует предусматривать огнестойкие кабельные проходки.

3.113. Элементы силового оборудования необходимо проверять по режиму короткого замыкания, динамической устойчивости к токам короткого замыкания и ударному току.

3.114. Вертикальные прокладки проводов и кабелей необходимо предусматривать в самостоятельных шахтах, имеющих предел огнестойкости не менее EI 90, с горизонтальными разделками в уровне перекрытий с тем же пределом огнестойкости; двери коммуникационных шахт и ниш для прокладки силовых и слаботочных стояков должны выполняться противопожарными с пределом огнестойкости EI 30. За пределами обслуживаемого пожарного отсека предел огнестойкости ограждающих конструкций транзитных шахт, ниш, каналов следует принимать не менее REI 180.

3.115. Не допускается предусматривать прокладку проводов и кабелей в вентиляционных каналах и шахтах.

Требования к электроснабжению оборудования противопожарной защиты

3.116. Все системы, обеспечивающие пожарную безопасность здания, должны снабжаться электроэнергией по особой группе 1-й категории надежности энергоснабжения, от двух независимых источников электроэнергии, с автоматическим переключением с основного источника на резервный. В качестве третьего источника следует предусматривать дизельную электростанцию.

3.117. Для автоматического восстановления электропитания оборудования и аппаратуры системы противопожарной защиты при его аварийном отключении следует предусматривать специальные устройства автоматического включения резервного питания (АВР).

3.118. Размещение трансформаторных подстанций должно предусматриваться не ниже первого подземного этажа, в помещениях с выходом непосредственно наружу. Устанавливаемые в здании трансформаторы и оборудование должны быть сухого исполнения.

3.119. Каждая трансформаторная подстанция должна обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников и быть рассчитана на полную рабочую мощность всех одновременно работающих систем активной противопожарной защиты.

3.120. Электрические сети, питающие противопожарные системы и устройства, должны прокладываться в изолированных каналах, выгороженных противопожарными перегородками с пределом огнестойкости 1,0 ч.

Взаиморезервируемые источники, питающие электрические сети, следует прокладывать по разным трассам.

3.121. Все кабельные линии и виды электропроводок следует выполнять с применением изоляции, не распространяющей горение, класса ПРГ-1.

3.122. Электропитание систем противопожарной защиты следует осуществлять от самостоятельных электрощитов, имеющих отличительную (красную) окраску.

3.123. Электроснабжение систем противопожарной защиты от вводных щитов должно осуществляться по проводам и кабелям с пределом огнестойкости не менее 1,0 ч (категория П03) и проложенным в пределах пожарного отсека в металлических трубах или коробах; при транзитной прокладке за пределами пожарного отсека - в каналах и шахтах с пределом огнестойкости стенок не менее EI 150.

3.124. Для всех электропотребителей должно быть предусмотрено как ручное, по месту установки оборудования, так и дистанционное управление с диспетчерского пункта управления.

3.125. Места прохода электропроводок сквозь перекрытия и стены должны быть уплотнены огнезащитными материалами с пределом огнестойкости не менее предела, предъявляемого к перекрытию (стене).

3.126. Выбор электрооборудования, электропроводок, аппаратов защиты и управления электрооборудования системы активной противопожарной защиты должен осуществляться в соответствии с требованиями ПУЭ для нормальной среды и класса пожаро- и взрывоопасности помещения.

3.127. Размещение дизельной электростанции должно быть предусмотрено в подвальном этаже с устройством автоматического пожаротушения и дымоудаления. Мощности дизельных электростанций должны рассчитываться на работу в течение 2 ч. систем противопожарной защиты (вентиляторов дымоудаления и подпора воздуха, автоматической пожарной сигнализации, аварийного и эвакуационного освещения, пожарных лифтов и насосов). При емкости топлива более 5 м³, его хранение должно быть предусмотрено за пределами зданий.

3.128. Все помещения для размещения противопожарного оборудования должны быть оснащены аварийным освещением.

Требования к освещению

3.129. Здания должны иметь аварийное и эвакуационное освещение. Допускается объединять аварийное и эвакуационное освещение в единую сеть.

3.130. Эвакуационное освещение предусматривается:

- в местах, опасных для прохода людей;

- в проходах, коридорах, лестничных клетках, служащих для эвакуации людей.

3.131. Над дверными проемами коридоров, лестничных клеток, помещений с одновременным пребыванием более 50 чел. должны устанавливаться указатели «Выход», подключенные к сети эвакуационного освещения, а в коридорах, фойе, холлах - стрелки направления движения людей. Прокладка электропроводок групповых линий рабочего освещения и групповых линий аварийного и эвакуационного освещения должны осуществляться по раздельным трассам.

3.132. Все эвакуационные выходы обозначаются светоуказателями с автономным источником питания.

3.133. Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещенность на полу основных проходов и на ступенях лестничных клеток не менее 0,5 Лк.

3.134. Установки аварийного электрического освещения зон безопасности (эвакуационных выходов, лестничных клеток, тамбур-шлюзов, галерей доступа аварийно-спасательных служб) должны соответствовать требованиям разделов 6 и 7 ПУЭ.

4. Система активной противопожарной защиты

4.1. Высотные многофункциональные здания, их пожарные отсеки (за исключением помещений с мокрыми процессами, венткамер, ЦТП и др.) по всей площади должны быть защищены подсистемами АПЗ.

4.2. Определение перечня подсистем активной противопожарной защиты высотного многофункционального здания должно быть обосновано при выполнении проекта или на стадии рабочего проектирования с учетом этажности здания, функционального назначения (площади, объема). Перечень подсистем активной противопожарной защиты приведен в таблице 5.

Таблица 5

Перечень подсистем активной противопожарной защиты

 

Автоматизированная система управления активной противопожарной защитой (АСУ АПЗ)

4.3. В проекте комплексной активной противопожарной защиты необходимо предусматривать раздел АСУ АПЗ, являющейся информационной управляющей частью подсистем АПЗ, обеспечивающей их взаимодействие и функциональную интеграцию.

4.4. При проектировании АСУ АПЗ необходимо предусмотреть выполнение ею следующих функций:

- контроль и предотвращение образования взрывоопасной газо-паровоздушной среды в объеме подземных автостоянок;

- контроль противопожарного состояния всех помещений здания;

- диагностику средств АПЗ;

- автоматическое управление оборудованием подсистем АПЗ по данным подсистемы обнаружения и извещения о пожаре и подсистемы спринклерного пожаротушения;

- дистанционное управление из центрального пункта управления системой противопожарной защиты (ЦПУ СПЗ) оборудованием противопожарной защиты при обнаружении очага пожара;

- формирование и выдачу соответствующих сигналов для обеспечения функционирования других инженерных систем здания в режиме «Пожар» или при создании опасных взрывоопасных концентраций газов и паров в объеме автостоянок;

- контроль работы средств АПЗ и выполнения ими режима «Пожар»;

- регистрацию и документирование работы средств АПЗ при выполнении режима «Пожар» инженерными системами (в том числе на магнитном носителе) не менее чем за 6 месяцев;

- распечатку данных документирования за любой период работы.

4.5. Управление подсистемами активной противопожарной защиты высотных многофункциональных зданий должно осуществляться из помещений центрального пункта управления системой противопожарной защиты (ЦПУ СПЗ), входящего в состав центрального диспетчерского пункта (ЦДП).

4.6. Помещение Центрального пункта управления системой противопожарной защиты должно быть предусмотрено на первом этаже комплекса. В это помещение должен быть обеспечен вывод сигналов от всех противопожарных систем, с расшифровкой адреса, откуда поступил сигнал.

4.7. В блоках, пожарных отсеках одного функционального назначения допускается иметь диспетчерскую с постоянным пребыванием обслуживающего персонала, куда должны поступать сигналы от противопожарных систем, защищающих отсеки.

4.8. Центральный пункт управления СПЗ должен оборудоваться не менее чем двумя (рабочей и резервной) ЭВМ. В случае выхода из строя основного пульта управления, переключение с него на резервный должно быть автоматическим.

4.9. Центральный пункт управления СПЗ должен быть связан радио- и прямой телефонной связью с Центральным узлом связи УГПС ГУВД г. Москвы.

4.10. Все применяемое оборудование противопожарной защиты пожарных отсеков и здания должно быть адаптировано между собой.

4.11. Реализация функций АСУ АПЗ должна быть предусмотрена с использованием центрального пульта управления пожарной автоматикой.

Подсистема автоматизированного обнаружения и извещения о пожаре

4.12. Подсистему автоматизированного обнаружения и извещения о пожаре следует предусматривать интегрированную, адресно-аналоговую.

4.13. Во всех помещениях высотных зданий должна быть предусмотрена установка адресных пожарных извещателей с выводом информационных сигналов (технического состояния или ЧС) на контрольно-приемный прибор.

Примечание: в жилых комнатах допускается установка автономных пожарных извещателей.

4.14. В функциональных отсеках: административных блоках, кинотеатрах, концертных залах, клубах и других помещениях с массовым пребыванием людей должна быть предусмотрена адресно-аналоговая подсистема обнаружения и извещения о пожаре для обеспечения управления всеми подсистемами активной противопожарной защиты площади отсеков.

4.15. Необходимое время обнаружения пожара должно определяться расчетом в зависимости от интенсивности развития проектного пожара, динамики опасных факторов пожара, а также параметров системы противопожарной защиты.

4.16. Адресные ручные пожарные извещатели должны быть установлены:

- в коридорах, холлах (в т. ч. лифтовых);

- у пожарных шкафов;

- у входов в лестничные клетки, зоны безопасности.

4.17. Приемно-контрольные приборы подсистемы автоматизированного обнаружения и извещения о пожаре должны иметь возможность подключения к ЭВМ (графическое отображение состояния охраняемого объекта, управление системой).

4.18. Приемно-контрольный прибор подсистемы автоматизированного обнаружения и извещения о пожаре должен быть сблокирован с радиоустройством, обеспечивающим автоматическую передачу сигнала о пожаре на ЦПУ СПЗ.

4.19. Вывод сигнала от пожарной автоматики должен осуществляться в помещение диспетчерской, где должен быть установлен пульт управления системами противопожарной защиты с автоматическим контролем исправности технических противопожарных систем, выдачей справки об их техническом состоянии.

4.20. При срабатывании одного автоматического пожарного извещателя на ЦПУ СПЗ должен выдаваться сигнал «Тревога» и включаться система видеозаписи обстановки в защищаемой зоне, где сработал извещатель.

4.21. При срабатывании двух пожарных извещателей в одной защищаемой зоне на ЦПУ СПЗ должен поступать сигнал «Пожар» и формироваться импульсы (команды) на автоматическое включение необходимых подсистем в соответствии с алгоритмом и программным обеспечением:

- подсистемы оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей;

- подсистемы комплексной противодымной защиты;

- устройств опускания трансформируемых дымоогнезащитных преград (при их наличии);

- аварийного и эвакуационного освещения;

- пожарных насосов внутреннего водяного пожаротушения;

- дренчерных водяных завес;

- автоматических установок пожаротушения (если это предусмотрено проектом) и др.

Подсистема телевизионного наблюдения

4.22. Пути эвакуации, стоянки автомобилей в многофункциональных высотных зданиях следует оборудовать подсистемой телевизионного наблюдения.

4.23. Телевизионные камеры должны устанавливаться на эвакуационных лестницах, в лестничных клетках, коридорах, холлах (в т.ч. лифтовых), на стоянках автомобилей.

4.24. Места установки камер должны обеспечивать полный обзор контролируемых зон. Изображения должны передаваться на мониторы, установленные в диспетчерском пункте. Мониторы должны комплектоваться устройствами видеозаписи при возникновении пожара или ЧС.

4.25. Телевизионные камеры следует устанавливать на высоте не менее 2 м от уровня пола.

Подсистема оповещения и управления эвакуацией людей

4.26. Многофункциональные высотные здания должны быть оборудованы подсистемой оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (ОУЭ), включающей следующие способы оповещения:

- речевое;

- световое;

- звуковое.

4.27. Очередность оповещения определяется проектом.

4.28. Тип подсистемы ОУЭ назначается с учетом высотности зданий:

- до 100 м (1 тип) - 3-го типа;

- от 100м до 150 м (2 тип) - 4-го типа;

- от 150 м до 200 м (3 тип) - 5-го типа;

- свыше 200 м (4 тип) - 5-го типа

4.29. Световые указатели «Выход» должны устанавливаться над всеми выходами непосредственно наружу и дверями лестничных клеток административных и иных (кроме жилых) блоков.

4.30. Световые указатели направления движения следует предусматривать в местах, где необходима дополнительная информация о направлении движения к эвакуационному выходу. Световые указатели должны устанавливаться на высоте 2 м и 0,5 м от пола и подключаться к сети эвакуационного освещения, При этом должна быть обеспечена освещенность на полу в зоне установки не менее 0,5 Лк.

4.31. Включение световых указателей должно быть автоматическим при срабатывании установок автоматического пожаротушения и подсистемы обнаружения и извещения о пожаре.

4.32. Включение оповещателей, предназначенных для подачи звуковых сигналов и речевых сообщений, должно производиться автоматически или дистанционно оператором ЦДП после получения сообщения о пожаре по телефону или любым другим способом, проверки данного сигнала и получения разрешения на начало эвакуации от лица, ответственного за эвакуацию. Для обеспечения проверки сообщения о пожаре следует предусматривать средства связи диспетчера с зонами оповещения (установка телекамер наблюдения и др.).

4.33. Средства для передачи звукового и речевого сообщения (громкоговорители) должны располагаться во всех помещениях с постоянным или временным пребыванием людей. Сигналы оповещения о пожаре должны отличаться от сигналов другого назначения. Уровень звука сигнала оповещения должен превышать уровень шума в помещении на 5-10 дБ, при этом уровень звука речевой информации должен быть не более 95 дБ, звуковых сигналов - не более 120 дБ.

4.34. Количество оповещателей звукового и речевого оповещения, юс размещение и мощность должно обеспечивать необходимую слышимость во всех помещениях высотного здания.

4.35. Управление эвакуацией людей должно осуществляться:

- передачей речевой информации о необходимости эвакуироваться и наиболее целесообразном направлении движения; специальных текстов, направленных на предотвращение паники и стимулирующих совершение действий, направленных на обеспечение безопасности;

- включением (переключением) световых указателей рекомендуемого направления эвакуации;

- дистанционным открыванием дверей дополнительных эвакуационных выходов (например, оборудованных электромагнитными замками);

- передачей оперативных команд о совершении действий группами людей или отдельными людьми, необходимость которых вытекает из телевизионного наблюдения хода эвакуации на различных участках эвакуационных маршрутов.

Подсистема внутренней телефонной связи сообщения о пожаре

4.36. В высотных многофункциональных зданиях необходимо предусматривать внутреннюю телефонную связь между ЦПУ СПЗ, диспетчерскими и помещениями зон безопасности, пожарными лифтами, площадкой для посадки транспортно-спасательной кабины пожарного вертолета, пожарными насосными, тамбур-шлюзами перед незадымляемыми лестничными клетками типа Н2.

4.37. Телефонная связь должна обеспечивать возможность переговоров аварийно-спасательных служб с диспетчерами ЦДП.

4.38. Телефонные аппараты (переговорные устройства) должны быть установлены:

- у пожарных кранов;

- у дверей эвакуационных выходов;

- в зонах безопасности;

- в лифтах;

- в лифтовых холлах;

- в объектовых пунктах пожаротушения.

4.39. Для обозначения средств телефонной связи сообщения о пожаре следует использовать сигнальные цвета и знаки пожарной безопасности, установленные НПБ 160.

Подсистема радиосвязи оперативных подразделений аварийно-спасательных служб

4.40. Высотные многофункциональные здания должны быть оборудованы приемно-передающими устройствами (антеннами) для радиосвязи оперативных подразделений аварийно-спасательных служб.

Подсистема управления комплексной противодымной защитой

4.41. Управление подсистемой комплексной противодымной защиты следует проектировать:

- автоматическим от подсистемы обнаружения и извещения о пожаре;

- дистанционным из помещения ЦПУ СПЗ и от кнопок, расположенных в пожарных шкафах;

- местным из вентиляционных камер.

4.42. В каждом пожарном отсеке должна быть предусмотрена автоматизированная система управления комплексной противодымной вентиляцией со своим программным обеспечением, интегрированная в автоматизированную систему управления противодымной защитой и АСУ АПЗ всего здания.

Подсистема водяного пожаротушения.

Внутренне противопожарное водоснабжение

4.43. Подсистемы внутреннего противопожарного водопровода и автоматического пожаротушения в высотных многофункциональных зданиях должны быть раздельными.

4.44. При проектировании внутреннего противопожарного водоснабжения на стадии ТЭО следует выбрать одну из указанных ниже схем:

1. Зонная схема

В каждом противопожарном отсеке по высоте здания, на техническом этаже необходимо предусматривать насосные станции подсистем внутреннего противопожарного водопровода и спринклерного пожаротушения с раздельными накопительными емкостями (заполняемыми от насосной станции с технического этажа нижерасположенного отсека). Объемы накопительных емкостей должны определяться расчетом из условия обеспечения работы внутреннего противопожарного водопровода при пожаротушении в помещениях нижерасположенного отсека в течении 3 ч., спринклерной установки в течении 1 ч. Стояки внутреннего противопожарного водоснабжения между смежными техническими этажами должны быть закольцованы.

2. Магистральная распределительная схема

На уровне первого или цокольного этажа высотного здания необходимо предусмотреть отдельные насосные станции подсистем внутреннего противопожарного водопровода и спринклерного пожаротушения, с рабочим давлением 25-35 атм. Подачу воды в объем здания необходимо осуществлять по раздельным закольцованным стоякам с распределением воды по противопожарным отсекам для подсистем внутреннего противопожарного водопровода и спринклерного пожаротушения.

Внутренний противопожарный водопровод

4.45. Все этажи высотного здания, включая технические, должны быть оборудованы внутренним противопожарным водопроводом, разделенным на зоны с учетом обслуживания пожарных отсеков.

4.46. В многофункциональных высотных зданиях необходимо предусматривать зонный внутренний противопожарный водопровод с расчетным расходом воды:

- для жилых помещений - 3 струи по 2,5 л/с;

- для административных помещений - 8 струй по 5 л/с.

4.47. Источником водоснабжения для внутреннего пожаротушения должна быть сеть городского кольцевого водопровода. Количество вводов от городского водопровода должно быть не менее двух от различных участков наружной кольцевой сети.

4.48. Внутренняя водопроводная сеть для каждого пожарного отсека должна быть самостоятельной с кольцеванием сетей.

4.49. На питающей сети между пожарными насосами и сетью противопожарного водопровода следует устанавливать обратные клапаны.

4.50. Минимальный запас и расход огнетушащих средств должен определяться исходя из расчетного времени тушения одного пожара (3 ч).

4.51. По балконам (лоджиям) при незадымляемой лестничной клетке типа H1 должен быть предусмотрен сухотрубный стояк диаметром 80 мм со спаренными пожарными кранами на каждом этаже, оборудованными в уровне 1-го этажа полугайками для подключения пожарных автомобилей.

4.52. От каждой зоны противопожарного водопровода должны быть выведены наружу здания патрубки с соединительными головками диаметром 80 мм с установкой в здании обратного клапана и задвижки, управляемой снаружи. Места размещения патрубков должны быть обозначены светоуказателями и пиктограммами.

4.53. Пуск пожарных насосов внутреннего противопожарного водопровода следует предусматривать автоматическим, дистанционным (от кнопок, установленных в шкафах пожарных кранов) и вручную (из помещений пожарного поста или диспетчерского пункта).

4.54. Для обеспечения безопасной работы с пожарным стволом необходимо предусматривать установку диафрагм между пожарным краном и соединительной головкой. Напор перед стволом должен быть не более 40 м.

4.55. Помещения насосных станций внутреннего противопожарного водопровода с пожарными насосами должны размещаться не ниже верхнего подземного этажа и оборудоваться углекислотными огнетушителями. Помещения насосных станций должны быть изолированы от других помещений противопожарными перегородками с пределом огнестойкости не менее 0,75 ч. Выход из помещения насосной следует предусматривать непосредственно наружу или в лестничную клетку. Над входом в помещение насосной должно быть установлено световое табло «Станция пожаротушения».

4.56. Пожарные краны следует устанавливать на высоте 1,35 м от уровня пола и размещать в пожарных шкафах. Пожарные краны должны быть снабжены 20-метровыми пожарными рукавами и стволом и размещены в легкодоступных местах - в коридорах и в лифтовом холле у пожарного лифта.

Допускается установка барабанных пожарных кранов.

4.57. Пожарные шкафы следует размещать с шагом, определяемым расчетом. При размещении пожарных кранов на стенах следует использовать пожарные шкафы специальной конструкции глубиной не более 160 мм.

4.58. Пожарные шкафы должны быть оснащены порошковыми огнетушителями емкостью 10 кг. Не исключается применение других типов огнетушителей в соответствии с действующими правилами пожарной безопасности.

4.59. В установках водяного пожаротушения в качестве источника резервного питания допускается применение дизельных электростанций.

Подсистема автоматизированного пожаротушения

4.60. РТП, ТП, помещения аппаратных диспетчерских должны быть защищены подсистемами газового пожаротушения.

4.61. Автостоянки должны быть оборудованы автоматическими установками водяного пожаротушения (спринклерного или дренчерного типа).

4.62. Дренчерные установки и установки газового пожаротушения должны быть с ручным, дистанционным и автоматическим управлением.

4.63. Объединение водопровода подсистемы автоматизированного пожаротушения с хозяйственно-бытовым водопроводом не допускается.

4.64. Подсистема автоматизированного пожаротушения должна выполняться отдельно от подсистемы внутреннего противопожарного водопровода.

Подсистема дренчерных водяных завес

4.65. Дренчерные водяные завесы допускается использовать в качестве дополнительных противопожарных преград при технико-экономическом обосновании их применения.

4.66. Управление дренчерными водяными завесами должно осуществляться в ручном, дистанционном и автоматическом режимах по сигналам подсистемы автоматического обнаружения и извещения о пожаре.

4.67. Расход воды на дренчерные завесы следует принимать не менее 1 л/с на каждый погонный метр каждой из двух линий завесы (время работы завесы должно быть не менее 1 ч).

Подсистема удаления разлитой в ходе тушения пожара воды

4.68. В автостоянках, гаражах, расположенных в высотном многофункциональном здании, должны быть предусмотрены системы самотечного сбора и принудительного отвода воды при работе спринклерного или дренчерного пожаротушения. Сбор и отвод воды должны осуществляться по закрытым лоткам и коллекторам.

4.69. Для сбора воды при проверке работоспособности узлов управления водяным пожаротушением должна быть предусмотрена система отвода и сбора воды, огнетушащего средства; эвакуация воды может осуществляться в существующую канализацию.

4.70. Отвод и слив воды в канализацию из каждой секции водяного пожаротушения не должен нарушать работоспособность остальных секций водяного пожаротушения.

5. Организационно-технические мероприятия

5.1. Проект организации строительства (ПОС) должен включать в себя раздел «Противопожарные мероприятия».

5.2. Противопожарные технические решения по стройгенплану необходимо разрабатывать на каждую стройплощадку.

5.3. Все пожарные подразделения, в пределах радиуса обслуживания которых находятся высотные многофункциональные здания, должны быть оснащены соответствующим оборудованием и техникой для тушения пожара и проведения аварийно-спасательных работ в высотных зданиях.

Примечание: Укомплектование пожарных подразделений специальной техникой и оборудованием при проектировании должно определяться Управлением Государственной противопожарной службы МЧС России дифференцированно для каждого сооружения.

5.4. В городском пожарном депо, обслуживающем высотный многофункциональный комплекс, должны быть на вооружении автоподъемники, автомеханические лестницы, пожарные насосы высокого давления, аварийно-спасательный автомобиль.

5.5. В состав дирекции по эксплуатации высотных зданий должна быть введена должность пожарного специалиста по организации пожарно-профилактической работы в высотном многофункциональном здании.

5.6. В составе эксплуатационных служб высотного комплекса должны быть специалисты по техническому обслуживанию противопожарных систем или заключен договор со специализированной организацией, имеющей лицензию на данный вид деятельности.

5.7. При составлении договора «купли-продажи» квартир или аренды, сдачи в наем должен быть включен пункт, устанавливающий ответственность владельца квартир (арендатора, съемщика) за сохранность противопожарного оборудования, расположенного в пределах квартиры.

6. Система ликвидации пожара оперативными подразделениями и спасение людей

6.1. Для обеспечения условий спасения людей из высотных многофункциональных зданий в случае возникновения пожара или ЧС должны быть разработаны «Планы спасения людей», а также технические решения и средства обеспечения спасения людей.

6.2. Для обеспечения локализации и ликвидации вероятных пожаров на каждый высотный комплекс должны быть разработаны «План пожаротушения» и регламент взаимодействия оперативных подразделений ГПС с другими аварийными и оперативными службами.

6.3. В высотных многофункциональных зданиях необходимо устройство опорных пунктов пожаротушения, оборудованных первичными средствами пожаротушения, телефонной связью, индивидуальными средствами спасения. Перечень оборудования опорных пунктов пожаротушения приведен в приложении 10.

6.4. По периметру кровли проектом следует предусматривать ограждение высотой не менее 1,5 м.

6.5. Для обеспечения доступа пожарных подразделений на кровлю здания необходимо предусматривать соответствующий выход из лестничной клетки через противопожарные двери с пределом огнестойкости EI30.

6.6. На кровлях высотных зданий должны быть предусмотрены площадки размером 5x5 м для посадки транспортно-спасательной кабины пожарного вертолета. Проход от дверей лестничных клеток до площадок должен быть по участкам эксплуатируемой кровли и иметь искусственное освещение с соответствующими указателями, подключенными к сети аварийного освещения. Включение освещения должно осуществляться вручную (выключателем у дверей выхода на кровлю) и дистанционно (из помещения охраны или диспетчерской).

6.7. На перепаде высот кровли следует проектировать металлические вертикальные пожарные лестницы типа П1 шириной 0,7 м; для доступа на площадку для спасательной кабины пожарного вертолета - маршевые металлические лестницы типа П2 с уклоном не более 6:1.

6.8. В случае оснащения здания подъемными приспособлениями для ремонта фасада и мытья наружного остекления, следует предусматривать возможность их использования для подъема на этажи пожарных подразделений, грузоподъемность и меры по повышению надежности соответствующих механизмов необходимо согласовывать с соответствующими службами пожарной охраны.

6.9. Лифты, предназначенные для транспортирования пожарных подразделений, должны быть размещены отдельно от пассажирских лифтов, обслуживающих пассажиропотоки в здании. Размещение лифта для транспортирования пожарных в здании (сооружении) должно быть предусмотрено на путях движения пожарных подразделений и должно обеспечивать доступ пожарных во все помещения на всех этажах. В непосредственной близости от лифта для пожарных, как правило, должен предусматриваться выход на эвакуационную лестничную клетку.

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящих нормах использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 2.601-95 ЕСКД. Эксплуатационные документы

ГОСТ 9.032-74 ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Группы. Технические требования и обозначения

ГОСТ 12.0.001-82 ССБТ. Основные положения

ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление

ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения

ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.047-86 ССБТ. Пожарная техника. Термины и определения

ГОСТ 12.3.046-91 ССБТ. Установки пожаротушения автоматические. Общие технические требования

ГОСТ 12.4.009-83 ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды, размещение и обслуживание

ГОСТ 12.4.026-76 ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности

ГОСТ 3262-75. Трубы стальные водогазовые. Технические условия

ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент

ГОСТ 8734-75. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент

ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

ГОСТ 14202-69. Трубопроводы промышленных предприятий. Опознавательная окраска. Предупреждающие знаки и маркировочные щитки

ГОСТ 15150-69. Машины. Приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 21130-75. Изделия электротехнические. Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкция и размеры

ГОСТ 23511-79. Радиопомехи индустриальные от электрических устройств, эксплуатируемых в жилых домах или подключаемых к их электрическим сетям. Нормы и методы измерений

ГОСТ 27331-87. Пожарная техника. Классификация пожаров

ГОСТ 28130-89. Пожарная техника. Огнетушители, установки пожаротушения и пожарной сигнализации. Обозначения условные графические

ГОСТ Р 50680-94. Установки водяного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 50800-95. Установки пенного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 50588-93. Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 50969-96. Установки газового пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 51043-97. Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители спринклерные и дренчерные. Общие технические требования. Методы испытаний

ГОСТ Р 51046-97. Техника пожарная. Генераторы огнетушащего аэрозоля. Типы и основные параметры

ГОСТ Р 51091-97. Установки порошкового пожаротушения автоматические. Типы и основные параметры

НПБ 03-93. Порядок согласования органами государственного пожарного надзора Российской Федерации проектно-сметной документации

НПБ 51-96. Составы газовые огнетушащие. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 54-96. Установки газового пожаротушения автоматические. Модули и батареи. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 56-96. Установки порошкового пожаротушения импульсные. Временные нормы и правила проектирования и эксплуатации

НПБ 57-97. Приборы и аппаратура автоматических установок пожаротушения и пожарной сигнализации. Помехоустойчивость и помехоэмиссия. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 58-97. Системы пожарной сигнализации адресные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 60-97. Пожарная техника. Генераторы огнетушащего аэрозоля. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 65-97. Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 66-97. Извещатели пожарные автономные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 70-98. Извещатели пожарные ручные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 75-98. Приборы приемно-контрольные пожарные. Приборы управления пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 80-99. Модули установки пожаротушения тонкораспыленной водой автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 81-99. Извещатели пожарные дымовые радиоизотопные. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 85-00. Извещатели пожарные тепловые. Общие технические требования. Методы испытаний

НПБ 88-2001. Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования

НПБ 104-95. Проектирование систем оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях

НПБ 110-99. Перечень зданий и сооружений, помещений и оборудования. Подлежащих защите автоматическими установками тушения и обнаружения пожара

НПБ 105-95. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

НПБ 151-2000. Шкафы пожарные

НПБ 152-2000. Рукава пожарные напорные

НПБ 153-2000. Головки соединительные пожарные

НПБ 154-2000. Клапаны пожарных кранов

НПБ 155-96. Огнетушители переносные

НПБ 160-97. Цвета сигнальные. Знаки безопасности

НПБ 177-99. Стволы пожарные ручные

НПБ 163-97. Основные пожарные автомобили

НПБ 201-96. Пожарная охрана предприятий

НПБ 202-96. Муниципальная пожарная служба

НПБ 250-97. Лифты для транспортирования пожарных подразделений в зданиях и сооружениях. Общие технические требования

ПУЭ-98. Правила устройства электроустановок

СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий

СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения

СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, замена СНиП 41-01-2003

СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства

СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства

СНиП 10-01-94. Система нормативных документов в строительстве. Основные положения

СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений

СНиП 21-02-99*. Стоянки автомобилей

СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение

МГСН 5.01-01. Стоянки легковых автомобилей

ППБ 01-93*. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации

ПБ 10-115-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением

ВСН 25.09.66-85. Правила разработки проектов производства работ на монтаж автоматических установок пожаротушения и установок охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации

ВСН 116-87. Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи

НРБ-99. Нормы радиационной безопасности

ОСП-72/87. Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений

РД 34.21.122-87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений, замена СО 153-34.21.122-2003

СНиП 1.05.03-87. Нормы задела в жилищном строительстве с учетом комплексной застройки

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты

СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции, замена СНиП 52-01-2003 Основные положения

СНиП 2.03.04-84. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур

СНиП 2.03.06-85. Алюминиевые конструкции

СНиП 2.03.09-85. Асбестоцементные конструкции

СНиП 2.04.03-85. Канализация, наружные сети и сооружения

СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги

СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений

СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения

СНиП 2.09.04-87*. Административные и бытовые здания

СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства

СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции

СНиП 3.05.04-85*. Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации

СНиП 3.05.07-85. Системы автоматизации

СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий

СНиП 23-05-95*. Естественное и искусственное освещение

СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные

СНиП 31-05-2003. Общественные здания административного назначения

СНиП 35-01-2001. Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (Обязательное)

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

1. За предел огнестойкости конструкции по теплоизолирующей способности принимают промежуток времени от начала огневого воздействия на ее обогреваемую поверхность по заданному температурному режиму до возникновения предельного состояния - повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 160 °С, или в любой точке этой поверхности более чем на 190 °С по сравнению с температурой конструкции до нагрева, или прогрев конструкции более чем на 220 °С независимо от температуры конструкции до огневого воздействия.

Места пересечения кабелями и трубопроводами конструкций уплотняются заделочными огнезащитными материалами.

В этих случаях предельным состоянием конструкции помимо потери теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности заделочного материала считается достижение критической температуры нагрева материала кабелей (трубопроводов) в необогреваемой зоне.

2. Предел огнестойкости конструкции по потере теплоизолирующей способности, то есть по нагреву необогреваемой поверхности выше допускаемых температур, должен быть обоснован теплотехническим расчетом. Расчет сводится к определению времени, по истечении которого температура на необогреваемой поверхности достигнет предельно допустимого значения.

3. Температура необогреваемой поверхности конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия определяется путем численного решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности (1), (2), позволяющих учитывать:

влияние высокотеплопроводных элементов, ориентированных в поперечном направлении - тепловых мостов (элементов проемов, кабельных проходок, трубопроводов, узлов крепления и т.п.);

влияние конвективного и лучистого переноса теплоты в полостях, заполненных газом;

термическое разложение (дегидратацию) материала и сопровождающие его процессы переноса пара в проницаемой пористой среде, конденсации и испарения;

изменение теплофизических свойств материалов конструкции при нагреве, термическом разложении материала, конденсации и испарении влаги.

Дифференциальные уравнения нестационарной теплопроводности, записанные в системе координат 0XY применительно к расчетным схемам, показанным на рис. 1-4, имеют вид:

а) для зон расчетной области, расположенных вне полостей, заполненных газом:

                                             (1)

б) для зон расчетной области, соответствующих поперечному сечению полостей, заполненных газом:

                                                       (2)

Дифференциальные уравнения (1), (2) решать при краевых условиях: начальное условие:

Т(х,у,0) = Т₀ = const,                                                                                (3)

условия на обогреваемых поверхностях:

                                                                                       (4)

условия на границах между материалами с различными теплофизическими характеристиками:

                                                                              (5)

                                                                 (6)

условия на оси (плоскости) симметрии расчетной области и на ее границах с координатой х = l, х = l₁, х = l₂.

 (схемы 1,2,4),                                                         (7)

 (схема 3),                                                                 (8)

условия на поверхностях, ограждающих полости:

                                                                              (9)

                                                    (10)

условия на границе между зоной конденсации и непроницаемой поверхностью (зоной насыщенного водой материала):

а) для периода конденсации

                                           (11)

б) для периода испарения

                                                  (12)

условия на необогреваемой поверхности:

                                                                                   (13)

В формулах (1)-(13):

С - объемная теплоемкость материала, учитывающая тепловой эффект термического разложения;

Т - температура;

t - время;

х, у - координаты;

λ_х - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0Х;

 - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У, учитывающая выделение теплоты при конденсации и поглощение теплоты при фильтрации;

ρ - плотность;

c_р - теплоемкость воздуха;

λ_э - эквивалентная теплопроводность, учитывающая естественную конвекцию в полости;

q_Σf - полный тепловой поток к обогреваемой поверхности;

п - нормаль к поверхности;

q_i- плотность результирующего потока излучения на i-той изотермической площадке поверхностей, ограждающих полость;

r - тепловой эффект фазового перехода «вода - пар»;

 - плотность потока пара при конденсации и испарении;

у_с - координата границы между зоной конденсации и непроницаемой поверхностью (зоной насыщенного водой материала);

х_w, у_w - координаты границ обогреваемых поверхностей конструкции;

х_гр, y_гр - координаты границ между слоями из материалов с различными теплофизическими характеристиками или границ полости;

х_х, у_х - координаты границ необогреваемых поверхностей конструкции;

q_Σe - полный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху и ограждающим конструкциям помещения, смежного с аварийным помещением (пожарным отсеком).

В уравнении (1) показатель степени п равен 1 в случае осевой симметрии расчетной области и 0 - в случае плоской симметрии расчетной области.

Рис. 1. Типовая расчетная схема теплопередачи через элемент строительной конструкции вне зон прохода инженерных коммуникаций (для симметричной расчетной области): 1 - наружные слои, расположенные под обогреваемой поверхностью; 2 - внутренние слои «заполнителя»; 3 - наружные слои, расположенные под необогреваемой поверхностью; 4 - высокотеплопроводный стержневой элемент неограниченной длины в направлении, перпендикулярном к плоскости 0XY (в случае плоской симметрии расчетной области) или тело вращения (в случае осевой симметрии расчетной области); 5 - плоскость (ось) симметрии расчетной области; T_f - температура газовой среды; аварийного помещения (пожарного отсека); Т_е - температура воздуха смежного помещения; Т_w - температура обогреваемой поверхности; Т_x - температура необогреваемой поверхности; l - расстояние от плоскости (оси) симметрии, на котором «затухают» возмущения температурного поля, вызванные высокотеплопроводным элементом 4.

Рис. 2. Типовая расчетная схема теплопередачи в зоне прохода инженерных коммуникаций через элемент строительной конструкции: 1 -наружные слои, расположенные под обогреваемой поверхностью; 2 - внутренние слои «заполнителя»; 3 - наружные слои, расположенные под необогреваемой поверхностью; 4 - огнезащитное заполнение проема; 5, 6 - элементы инженерной коммуникации; 7 - плоскость (ось) симметрии расчетной области; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Рис. 3. Типовая расчетная схема теплопередачи в зоне проемов в строительной конструкции (для несимметричной расчетной области): 1 -наружные слои, расположенные под обогреваемой поверхностью; 2, 5 - внутренние слои «заполнителя»; 3 - наружные слои, расположенные под необогреваемой поверхностью; 4 - высокотеплопроводные элементы неограниченной длины в направлении, перпендикулярном к плоскости 0ХУ; l₁, l₂ -расстояния от оси 0У, на котором «затухают» возмущения температурного поля, вызванные высокотеплопроводными элементами 4; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Рис. 4. Типовая расчетная схема теплопередачи через элемент строительной конструкции, содержащий воздушную полость: 1 - наружные слои, расположенные под обогреваемой поверхностью; 2 - полость, заполненная воздухом; 3 - внутренние слои; 4 - наружные слои, расположенные под необогреваемой поверхностью; 5 - высокотеплопроводный стержневой элемент неограниченной длины в направлении, перпендикулярном плоскости 0ХУ; 6 - естественная конвекция в полости; 7 -плоскости симметрии расчетной области; q_i -плотность результирующих лучистых тепловых потоков; остальные обозначения те же, что и на рис. 1

Примечания.1). Форма и соотношение размеров однородных элементов изображенной на рисунках расчетной области, а также их количество, могут изменяться в достаточно широких пределах.

2). Принятая схематизация предусматривает два варианта симметрии расчетной области (см. рис. 1,2):

а) плоскую симметрию с использованием прямоугольной системы координат 0ХУ , в которой плоскость симметрии проходит через ось 0У;

б) осевую симметрию с использованием цилиндрической системы координат, в которой ось симметрии совпадает с осью 0У

3) Характерными примерами строительных конструкций, соответствующих типовой расчетной схеме, показанной на рис. 1, являются стены и перегородки со стальным каркасом и перекрытия по стальным балкам различного профиля. К этой схеме могут быть также отнесены зоны обделки, стен, перегородок или перекрытий, включающие закладные элементы, выполненные в виде стержней и предназначенные для крепления к ним элементов инженерного оборудования. кабельных трасс, воздуховодов и т.п.

В случае перекрытий под стержневым элементом (поз. 4 рис. 1) понимаются балки различного профиля, слои 1 могут схематизировать облицовку, огнезащиту и т.п., слой 2 - несущие плиты перекрытий, а слои 3 - утеплитель, звукоизоляцию, основание пола и пол.

В случае стен и перегородок под стержневым элементом понимаются элементы металлического каркаса или фахверка, элементы кирпичной кладки и т.п.. В этом случае под слоем 2 понимаются слои утеплителя из легкого бетона, минеральной ваты, базальтоволокнистых материалов и т.п., а под слоями 1 и 3 - слои штукатурки, гипсокартонные или гипсоволокнистые листы, металлическая обшивка, напыляемая огнезащита и т.п.

4). Принципиальным отличием расчетной схемы рис. 2 от расчетной схемы рис. 1 является наличие элементов, выступающих над поверхностью многослойной плиты как в зону огневого воздействия (газовую среду, температурой T_f), так и в пространство смежного помещения, заполненного воздухом, температурой T_e. Это позволяет моделировать перетекание теплоты вдоль стержневого элемента из аварийного помещения (пожарного отсека) в смежное помещение с учетом лучисто-конвективного теплообмена на его выступающих из плиты частях, а также стока теплоты с его боковой поверхности в плиту, которую стержневой элемент пересекает.

5). Характерным примером конструкций, соответствующих этой расчетной схеме могут служить зоны прохода электрических кабелей и трубопроводов через перекрытия, стены и перегородки с нормируемыми пределами огнестойкости.

6) Типовая расчетная схема, показанная на рис. 3, соответствует зонам проемов в строительных конструкциях с нормируемыми пределами огнестойкости, имеющих соответствующие заполнения (противопожарные двери, люки и т.п.). В этом случае важно учесть перетекание теплоты от обогреваемой к не обогреваемой поверхности по элементам обрамления проема, которые, как правило, имеют большую теплопроводность в направлении, перпендикулярном к поверхности строительных конструкций.

Эта расчетная схема отличается от предыдущих схем, в частности, отсутствием симметрии расчетной области. Ее границами являются плоскости, расположенные на таких расстояниях от высокотеплопроводных элементов, на которых затухают возмущения температурного поля в конструкции, вызванные их влиянием.

6). Типовая расчетная схема, показанная на рис. 4, отличается от всех предыдущих расчетных схем наличием полости, заполненной воздухом. Теплопередача через воздушную полость осуществляется излучением между ограждающими полость поверхностями, естественной конвекцией и теплопроводностью в воздухе.

4. Объемная теплоемкость материала, учитывающая тепловой эффект термического разложения, определяется по формуле:

                                                          (14)

где φ - пористость материала;

ρ' - плотность каркаса (скелета);

с' - теплоемкость каркаса;

ρ_o - объемная плотность материала в исходном состоянии;

К - массовая доля конденсированного остатка в продуктах термического разложения материала,

Q_Σ - тепловой эффект процесса термического разложения;

x - степень завершенности процесса термического разложения.

5. Эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У, учитывающая выделение теплоты при конденсации и поглощение теплоты при фильтрации, определяется по формуле:

                                    (15)

где λу - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У;

K_D - коэффициент диффузии пара в пористом проницаемом материале;

р_s(Т) - давление насыщения;

 - плотность потока пара;

 - средняя теплоемкость пара;

у_s -координата изотермы испарения;

у₀ -координат линии растекания пара.

6. Плотность потока пара в зоне конденсации рассчитывается по формуле:

                                           (16)

Координата линии растекания пара* определяется из соотношения:

                                                           (16)

*Одна часть выделяющегося в зоне дегидратации пара движется от линии растекания в сторону обогреваемой поверхности, а другая - в противоположном направлении, в зону конденсации.

Плотность потока пара в зоне дегидратации определяется из соотношений:

а) для потока пара, направленного в зону конденсации:

                                     (18)

б) для потока пара, направленного в сторону обогреваемой поверхности:

                                    (19)

Массовая скорость конденсации пара на непроницаемой поверхности (на границе насыщенного водой слоя) определяется из соотношения (19) при у = у_с. Массовая скорость испарения конденсата из зоны насыщенного водой материала после достижения этой границы фронтом испарения определяется непосредственно из условия (12).

7. Эффективная теплопроводность материала в направлении осей 0Х и 0У, а также плотность и теплоемкость каркаса, определяется экспериментально или расчетом по составу и свойствам компонентов материала.

Параметры процесса термического разложения материала (T_нр, x, К) и тепловой эффект этого процесса (Q_Σ) определяются экспериментально методами термогравиметрии и дифференциально-термического анализа.

В приближенных расчетах допускается использовать линейные аппроксимации температурных зависимостей эффективной теплоемкости и теплопроводности материала, неявно учитывающие его термическое разложение.

8. Эквивалентная теплопроводность, учитывающая сложный перенос теплоты через полость молекулярной теплопроводностью газа и естественной конвекцией, определяется по формуле:

λ_э = λ Nu ,                                                                                                 (20)

где λ - молекулярная теплопроводность газа, заполняющего полость;

Nu - среднее число Нуссельта, зависящее от геометрических характеристик полости, перепада температуры между ограждающими поверхностями, средней температуры среды, ее теплофизических характеристик и вязкости.

Число Нуссельта рассчитывается по формуле:

Nu = C(Gr·Pr)ⁿk                                                                                       (21)

где С, п, k - эмпирические параметры;

Gr = gβΔTδ³/v² - число Грасгофа;

g - ускорение свободного падения;

β = 1/T_cp; T_cp = 0,5·(T_max+ T_min); ΔT = T_max - T_min, T_max, T_min - максимальное и минимальное значения температуры элементов поверхностей ограждающих полости;

v - кинематическая вязкость газа, заполняющего полость;

δ - характерный размер полости;

Pr - число Прандтля газа.

Для малых значений Gr·Рr (при Gr·Pr < 10³) Nu ≈ 1 и λ_э = λ. При больших значениях произведения Gr·Pr, когда влияние естественной конвекции на теплоперенос в полости становится существенным, используются следующие схемы естественно-конвективной теплопередачи и соответствующие им значения параметров С, п, к, входящих в формулу (21):

1). Горизонтальная труба прямоугольного сечения с характерным размером δ, равным высоте сечения при 10^-4 < Рr < 10^-5 ; 5·10⁴ < (Gr·Pr) < 10¹⁰ и 1 < L / δ ≤ 3 (где L / δ - отношение ширины сечения к его высоте):

С = 0,2; n = 0,29; к = 1.

2). Две горизонтальные параллельные пластины (верхняя - холодная) при L / δ > 3 (где L - длина пластин, δ - расстояние между ними - характерный размер):

а) ламинарное движение воздуха 10⁴ < Gr ≤ 4·10⁵

С = 0,1195; n =1/4; к = Рr^-1/4;

б) турбулентное движение воздуха 4·10⁵ Gr ≤ 10⁷

С =0,068; n = 1/3; к = Рr^-1/3;

3). Две вертикальные параллельные пластины с различной температурой при δ / L > 3:

а) ламинарное движение воздуха 2·10⁴ < Gr ≤ 2·10⁵

С = 0,18; n = 1/4; к = (L/δ)^-1/9Рr^-1/4;

б) турбулентное движение воздуха 2·10⁵ < Gr ≤ 10⁷

С = 0,65; п = 1/3; к = (L/δ)^-1/9Рr^-1/3;

Выбор подходящих для каждого конкретного случая схем естественно-конвективной теплопередачи производится в зависимости от соотношения ширины и высоты сечения полости и от ее ориентации по отношению к направлению вектора ускорения свободного падения.

Число Прандтля и теплофизические характеристики заполняющего полость газа определяются по таблицам справочника: Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, НА. Бабушкина, AM. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

Расчеты по формулам (20), (21) повторяются в ходе численного решения уравнения теплопроводности (2) на каждом шаге по времени. Необходимость этого обусловлена зависимостью от времени температуры поверхностей, ограждающих полость, а также зависимостью теплофизических характеристик заполняющего полость газа от температуры.

9. Результирующие потоки излучения на i-тых изотермических площадках неотражающих поверхностей, ограждающих полость (рис.4), рассчитываются по формуле:

                                               (22)

где ε_i ε_j - интегральные коэффициенты теплового излучения соответствующих изотермических площадок;

σ - постоянная Стефана-Больцмана;

φ_ij-угловые коэффициенты излучения между соответствующими площадками;

Т_i, T_j температуры площадок, определяемые при совместном численном решении уравнений (1), (2) с краевыми условиями (3) - (13).

Угловые коэффициенты излучения для двух элементарных площадок, расположенных на поверхностях, бесконечно протяженных в одном направлении, определяются из соотношения:

                                                                                            (23)

где θ - угол между нормалью к поверхности i-той площадки и прямой, соединяющей центры i-той и j-той площадок.

10. Полный тепловой поток к обогреваемой поверхности определяется как сумма лучистой и конвективной составляющих:

q_Σf = q_лf + q_kf                                                                                             (24)

Плотность лучистого потока, поглощенного поверхностью конструкции, определяется по формуле:

q_лf  = ε_w(q_R – σT⁴_w).                                                                                  (25)

где q_R - плотность падающего на поверхность лучистого потока.

Плотность падающего лучистого потока зависит от расположения конструкции по отношению к факелу пламени. Наибольшее значение q_R имеет при расположении вертикальной конструкции на оси факела при х = 0, а при ее удалении от оси q_R уменьшается до значения:

где σ = 5,67·10^-8 Вт/(м⁴·К) - постоянная Стефана-Больцмана.

Промежуточные значения q_R при 0 ≤ х ≤ 0,5 D вычисляются с помощью соотношения:

                                                            (26)

где х - расстояние от оси факела до рассматриваемой поверхности;

D - характерный размер факела.

Плотность падающего теплового потока на элементарные площадки ограждающих поверхностей, удаленные от факела на различные расстояния и произвольно ориентированные по отношению к его оси, для случая оптически прозрачной среды между факелом и поверхностью (слабой задымляемости) рассчитывается с использованием соответствующих угловых коэффициентов облученности:

                                                                                         (27)

где φ - угловые коэффициенты облученности (угловые коэффициенты).

Угловые коэффициенты облученности определяются с использованием геометрической схематизации факела пламени в виде излучающей сферы со степенью черноты ε_f и эффективным диаметром D. При этом угловой коэффициент облученности для системы «элементарная площадка dF - излучающая сфера F» (при условии, что с элементарной площадки видна вся сфера) рассчитывается по формуле:

                                                            (28)

где α - угол между нормалью к площадке и линией, соединяющей ее центр с центром сферы;

H = 2h/D - относительное расстояние между центрами площадки и сферы.

Элементарная площадка может располагаться как на стенах, так и на полу или потолке аварийного помещения.

По мере развития пожара размеры факела пламени увеличиваются, и наступает момент, когда площадь его излучающей поверхности становится равной площади поперечного сечения аварийного помещения. Начиная с этого момента, соответствующим образом изменить геометрическую схему расчета угловых коэффициентов облученности: перейти от принятой ранее схемы к схеме «цилиндрический канал с излучающим днищем». В случае этой геометрической схематизации угловой коэффициент облученности между параллельными днищами канала, находящимися на расстоянии x_f друг от друга, рассчитывается по формуле:

                                                            (29)

где R = r/x_f, x_f - текущее расстояние между фронтом пламени в канале и торцевой ограждающей поверхностью;

 - эквивалентный радиус;

F_k - площадь поперечного сечения канала.

Угловой коэффициент облученности между элементарным кольцом шириной Δх, расположенным на боковой поверхности канала (коридора и т.п.) и излучающим торцом (факелом) определяется из соотношения:

                          (30)

где х_i - координата i-того кольцевого элемента внутренней поверхности канала;

i =1, 2, 3, ...- номер кольцевого элемента, отсчитываемый от фронта пламени до противоположной ограждающей поверхности;

h, b - высота и ширина канала.

На стадии развитого пожара в случае оптически плотной газовой среды плотность результирующего потока излучения к поверхности конструкции в зависимости от локальной температуры среды в окрестности рассматриваемого элемента поверхности рассчитывается по формуле:

                                                                               (31)

где A_f = 1/(1/ε_f + 1/ε_w - 1) - приведенная степень черноты газовой среды и поверхности;

ε_f - интегральный коэффициент излучения газовой среды,

T_f - локальная температура в окрестности рассматриваемого элемента поверхности (на внешней границе теплового пограничного слоя).

В приближенных расчетах допускается интегральный коэффициент излучения газовой среды принимать равным ε_f  = 0,85.

10. Конвективная составляющая полного теплового потока к обогреваемой поверхности конструкции рассчитывается по закону Ньютона:

q_kf  =  a_f (T_f  - T_w),                                                                                     (32)

где a_f - коэффициент конвективного теплообмена между газовой средой и обогреваемой поверхностью конструкции;

T_f  , T_w - температуры газовой среды и обогреваемой поверхности.

При известных скоростях газовой среды, определяемых в результате расчета динамики развития пожара в аварийном помещении, для коэффициентов теплоотдачи используются эмпирические критериальные формулы и формулы, полученные с помощью интегральных уравнений пограничного слоя. Для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности потолка над очагом пожара при 0 < r < r_* применяется следующая формула:

,                                      (33)

где Nu = ar_* /λ - локальное число Нуссельта;

Re = u_* r_*/v - число Рейнольдса;

Rr = v/a = 0,6 число Прандтля;  - безразмерная координата.

Входящие в формулу (33) характерные значения координаты и скорости определяются по формулам:

где z_max - координата точки, в которой температура факела максимальна;

h - высота помещения;

w_z0 - скорость набегающего на лобовую точку потока.

Для продольно обтекаемых участков поверхности стен используются формулы вида:

а) для ламинарного пограничного слоя

                                                                            (34)

б) для турбулентного пограничного слоя

                                                                          (35)

где  - среднее число Нуссельта;

 - средний коэффициент теплоотдачи;

l - характерный размер вдоль потока газа;

Re = wl /v - число Рейнольдса;

Pr = μc_p /λ - число Прандтля;

w - средняя скорость газа над поверхностью стены;

v, μ - кинематическая и динамическая вязкость газа.

На участках вертикальных поверхностей ограждений, где движение газа обусловлено главным образом действием массовых сил, используются формулы, полученные в теории теплоотдачи при свободном движении газа:

а) для ламинарного пограничного слоя (Gr·Pr ≤ 10⁹)

                                                    (36)

б) для турбулентного пограничного слоя (Gr·Pr >10¹⁰)

                                                                              (37)

где  - среднее число Нуссельта;

 - число Граcгофа;

g - ускорение свободного падения;

β - коэффициент объемного расширения;

l - высота ограждения;

T - средняя температура газа;

Т_w - средняя температура стенки (ограждения).

В приближенных расчетах допускается коэффициент конвективного теплообмена между газовой средой и обогреваемой поверхностью конструкции принимать равным a_f = 29 Вт/(м²·К).

11. Полный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху и ограждающим конструкциям помещения, смежного с аварийным помещением (пожарным отсеком), определяется из соотношения:

q_Σe = q_ke + q_ле                                                                                           (38)

Конвективный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху смежного помещения рассчитывается по формуле:

q_ke = a_e (T_x – T_e).                                                                                      (39)

где a_e - коэффициент естественно-конвективного теплообмена между не обогреваемой поверхностью конструкции и воздухом смежного помещения;

T_x, T_e - температуры не обогреваемой поверхности и воздуха смежного помещения.

Коэффициент естественно-конвективного теплообмена между необогреваемой поверхностью конструкции и воздухом смежного помещения рассчитывают по формуле:

                                                                                   (40)

Результирующий поток излучения от необогреваемой поверхности конструкции площадью F_x к ограждающим поверхностям смежного помещения суммарной площадью F_o рассчитывается по формуле:

                                                                               (41)

где T_o - температура ограждающих поверхностей смежного помещения.

Приведенная степень черноты обменивающихся излучением поверхностей в данном случае определяется из соотношения:

                                                              (42)

где е_х, е_o - степени черноты необогреваемой поверхности рассматриваемой конструкции и ограждающих поверхностей смежного помещения.

В тех случаях, когда необогреваемая поверхность рассматриваемой конструкции обращена в атмосферу (например, в случае покрытий, наружных стен и т.п), для определения температуры наружного воздуха и коэффициента конвективного теплообмена между поверхностью и наружным воздухом используются рекомендации СНиП 2.01.01-82 и СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». При этом для расчета лучистого теплового потока от необогреваемой поверхности в неограниченное пространство используется формула:

                                                                                           (43)

12. Расчет температурного поля в сечении конструкции производится от воздействия на ее обогреваемую поверхность газовой среды, температура которой изменяется во времени по режиму, определенному в Концепции обеспечения пожарной безопасности рассматриваемого здания или сооружения. При этом начальное распределение температуры по сечению конструкции принимается равномерным. Значение начальной температуры принимается равным 20 °С.

При расчетах используются:

а) стандартный температурный режим, аппроксимируемый формулой:

T_f = T_o + 345·lg(8t + 1);                                                                           (44)

б) режимы реального пожара в помещениях, для которых заданы площадь, горючая нагрузка и проемность, аппроксимируемые формулой:

T_f = T_o + at^bexp(c·t);                                                                                 (45)

в) температурные режимы реального пожара, получаемые численным расчетом динамики развития пожара в рассматриваемом здании или сооружении и позволяющие учитывать все основные стадии пожара.

В формулах (44) - (45):

T_o - начальная температура;

t - время, мин;

а, b, с - эмпирические коэффициенты, принимаемые по данным таблицы 1.

13. Для температуры газовой среды принимается равномерное распределение по обогреваемой поверхности конструкции.

14. Для численного решения дифференциальных уравнений (1), (2) с краевыми условиями (3) - (13) используется метод конечных разностей в варианте метода дробных шагов.

Разностные аналоги дифференциальных уравнений с соответствующими краевыми условиями решаются методом прогонки, позволяющим производить уточнение нелинейных параметров, с использованием неявной четырехточечной схемы «зонт». На каждом шаге по времени реализуется итерационный процесс.

Разностные аналоги исходных уравнений теплопроводности в каждом направлении по осям X и У прямоугольной системы координат принимаются в виде:

(46)

Для повышения экономичности вычислительного алгоритма используется неравномерная разностная сетка по каждому из направлений.

15. Для проведения численных расчетов нестационарных температурных полей в сечении рассматриваемых конструкций рекомендуется использовать разработанный НПКЦ «Интерсигнал» программный комплекс «Огнестойкость» версии Т.1, сертифицированный по ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93. В его состав входит банк данных по теплофизическим характеристикам материалов, сформированный по данным МДС 21-2.2000, авторитетных литературных источников и публикаций авторов.

Этот программный комплекс разработан в соответствии с данной методикой применительно к IBM-совместимым компьютерам и удовлетворяет современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Он обладает развитым интерфейсом ввода-вывода, который позволяет представлять результаты расчетов в удобном для пользователя форме (в том числе, в форме графиков).

Таблица 1.

Значения коэффициентов, входящих в формулу (45)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное)

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

1. Общие положения

1.1. За предел огнестойкости строительной конструкции по несущей способности принимают промежуток времени от начала огневого воздействия на ее обогреваемую поверхность по заданному температурному режиму до возникновения предельного состояния - потери конструкцией несущей способности.

1.2. Несущие элементы здания или сооружения обеспечивают его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре. Согласно требованиям СНиП 21-01-97* и МГСН 4.04-94* они должны иметь пределы огнестойкости по несущей способности не менее значений, установленных по соответствующим таблицам этих норм в зависимости от степени огнестойкости здания или сооружения.

1.3. Для железобетонных конструкций, имеющих хрупкое разрушение по сжатому бетону (колонны с малым эксцентриситетом, изгибаемые переармированные элементы), за потерю несущей способности принимается полное разрушение во время пожара.

Для изгибаемых, внецентренно сжатых и растянутых с большим эксцентриситетом стальных и железобетонных конструкций, которые характеризуются развитием больших деформаций, за потерю несущей способности принимается развитие прогибов до предельно допустимого уровня еще до того, как наступит полное разрушение конструкции.

1.4. Расчёт предела огнестойкости конструкции по потере несущей способности состоит из двух частей: теплотехнической и статической.

В теплотехнической части вычисляется распределение температуры по сечению конструкции для различных моментов времени от начала огневого воздействия на ее обогреваемую поверхность по заданному режиму.

В статической части расчёта определяются параметры напряженно-деформированного состояния конструкции при совместном воздействии на неё нормативной силовой нагрузки и температуры, а также момент ее разрушения или потери устойчивости.

Расчет огнестойкости конструкций производится по сниженным с учетом температуры нагрева нормативным сопротивлениям бетона и стали.

1.5. Статический расчёт предела огнестойкости по потере несущей способности базируется на общих требованиях расчёта железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и дополнительными указаниями, содержащимися в Методических рекомендациях по расчёту огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций МДС 21-2.2000.

1.6. За нормативную нагрузку принимают наиболее неблагоприятные сочетания нормативных постоянных и временных длительных статических нагрузок согласно СНиП 2.01.07-85 и п.1.12 СНиП 2.03.01-84*, существенно влияющих на напряжённое состояние железобетонной конструкции при пожаре. В тех случаях, когда нельзя установить значение нормативной нагрузки, разрешается принимать её равной 0,7 от расчётной нагрузки. Расчётная схема приложения нормативной нагрузки должна соответствовать проекту.

1.7. Несущая способность конструкций при огневом воздействии зависит от изменения свойств бетона и арматуры с ростом температуры. Это определяет порядок ведения расчёта огнестойкости: для ряда конкретных моментов времени от начала огневого воздействия проводится решение теплотехнической задачи, после чего с учетом полученных распределений температуры по сечению конструкции в различные моменты времени вычисляются относительные деформации и напряжения, действующие в опасном сечении.

Нахождение условий предельного состояния производится методом последовательных приближений для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на рассматриваемую конструкцию.

Вычисленные пределы огнестойкости должны быть не менее требуемых значений по СНиП 21-01-97* и МГСН 4.04-94*.

1.8. В тех случаях, когда рассчитывается огнестойкость системы, состоящей из железобетонных и стальных конструкций (например, железобетонное перекрытие по стальным балкам), и известно, что требуемая огнестойкость железобетонных частей системы заведомо обеспечена соответствующими конструктивными мероприятиями (надлежащим армированием железобетонных конструкций, необходимым защитным споем бетона и т.п.), возможен следующий приближенный подход к расчету.

Металлические и железобетонные конструкции в расчёте рассматриваются как совместно работающие элементы одной системы. Однако, анализ напряжённого состояния и несущей способности железобетонных конструкций не производится, а лишь учитывается вклад их энергии деформации в общую энергию всей системы (т.е., жесткости железобетонных элементов).

1.9. Распределение температуры в расчетных сечениях конструкции в различные моменты времени определяется в соответствии с методикой, описанной в разделе I, путем численного решения дифференциальною уравнения нестационарной теплопроводности, позволяющего учитывать основные особенности структуры рассматриваемой конструкции, в частности, наличие стальных высокотеплопроводных элементов и полостей.

2. Механические свойства материалов в зависимости от температуры нагрева

2.1. Материал конструкции принимается упругопластическим. Диаграмма его деформирования состоит из трех линейных участков. Координаты характерных точек диаграммы деформирования (значения напряжений и деформаций соответствующие границам участков) определяются экспериментально с учетом влияния на свойства материала температуры нагрева.

2.2. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (призменная прочность) R_b и начальный модуль упругости бетона при сжатии Е_ь принимают по СНиП 2.03.01-84*.

Диаграммы деформирования на сжатие в зависимости от температуры тяжелого бетона с гранитным заполнителем, тяжелого бетона с известняковым заполнителем, а также конструкционного керамзитобетона, построенные по данным МДС 21-2.2000, приведены на рис. 2.1, 2.2.

Рис. 2.1. Диаграмма деформирования на сжатие тяжелого бетона с гранитным а) и известняковым б) заполнителем.

Рис.2.2. Диаграмма деформирования на сжатие конструкционного керамзитобетона.

2.3. Диаграммы деформирования арматурных сталей при растяжении и сжатии в нагретом состоянии от кратковременного огневого воздействия, построенные по данным МДС 21-2.2000, приведены на рис. 2.3.

Рис.2.3. Диаграммы деформирования стали классов А240, А300, А400 а) и стали классов А600, А800, А1000 б).

2.4. Значения коэффициентов температурного расширения a_bt и температурной усадки a_сs, для различных типов бетона приведены в таблицах 2.1 и 2.2, составленных по данным МДС 21-2.2000.

Значения коэффициента температурного расширения стали a_st даны в таблице 2.3, составленной поданным МДС 21-2.2000.

Таблица 2.1.

Значения коэффициентов температурного расширения бетона

Таблица 2.2.

Значения коэффициентов температурной усадки бетона

Таблица 2.3.

 Значения коэффициентов температурного расширения стали

3. Статически неопределимые конструкции: рамы; арки; плиты, опертые по контуру; многоопорные балки и составленные из этих элементов пространственные системы

3.1. Распределение температуры в рассматриваемых сечениях конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия определяется путем численного решения приведённых в разделе I дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к расчетным схемам, показанным на рис. 3.1 - 3.3.

Рис.3.1. Теплотехнические расчетные схемы элементов статически неопределимой системы - сталежелезобетонной колонны (балки) с фрагментом плиты перекрытия, стены для случаев:

а) теплообмена необогреваемой поверхности с воздухом и ограждающими конструкциями смежного помещения;

б) примыкания к необогреваемой поверхности полуограниченного массива фунта: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - стальной элемент; 4 - стена; 5 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; 6 - фунт; T_f - температура газовой среды, воздействующей на обогреваемые поверхности системы; T_e - температура воздуха смежного помещения; l - расстояние между плоскостями симметрии расчетной области или расстояние от плоскости симметрии, на котором «возмущение» температурного поля в стене (перекрытии), вызванное влиянием примыкающей к ней колонны (балки), становится пренебрежимо малым.

Рис. 3.2. Теплотехнические расчетные схемы элементов статически неопределимой системы - железобетонной плиты перекрытия, стены для случаев:
а) теплообмена необогреваемой поверхности с воздухом и ограждающими конструкциями смежного помещения;
б) примыкания к необогреваемой поверхности полуограниченного массива грунта: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; 4 - грунт; остальные обозначения те же, что и на предыдущем рисунке.

Рис. 3.3. Теплотехническая расчетная схема элемента статически неопределимой системы - железобетонного перекрытия с полостями прямоугольного сечения: 1 - бетон; 2 - полости, расположенные внутри плиты; 3 - стальные арматурные стержни; 4 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; остальные обозначения те же, что и на предыдущем рисунке.

Примечания 1). Принятая схематизация предусматривает один вариант симметрии расчетной области - плоскую симметрию с использованием прямоугольной системы координат 0ХУ, в которой плоскость симметрии проходит через ось 0У.

2). Расчетная схема рис. 3.1 соответствует случаю примыкания колонн (балок) к плите перекрытия, стене. Она предусматривает возможность учета перетекания теплоты из колонны (балки) в стену, перекрытие и затем в помещение, смежное с аварийным помещением. Тепловой контакт между колонной (балкой) и стеной (перекрытием) по поверхности примыкания предполагается идеальным. Очевидно, что неравномерность распределения температуры по сечению рассматриваемых элементов в данном случае значительно больше, чем в предыдущем.

3). В случае расчетной схемы, показанной на рис.3.2, объектом расчета является стена, перекрытие, имеющая регулярную схему армирования, равномерно обогреваемая по одной из поверхностей газовой средой с температурой T_f. При этом другая поверхность конструкции обменивается теплотой излучением с ограждающими конструкциями смежного помещения и естественной конвекцией с заполняющим его воздухом, температурой T_e

4). Расчетная схема рис. 3.3 соответствует таким характерным элементам статически неопределимой системы, как многопустотные железобетонные плиты. Их основное отличие от предыдущих расчетных схем заключается в наличии внутри бетонного массива полстей. Теплопередача через воздушную полость осуществляется излучением между ограждающими полость поверхностями, естественной конвекцией и теплопроводностью в воздухе.

3.2. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния проводится для статически неопределимых конструкций составного сечения применительно к расчетным схемам, показанным на рис. 3.4 - 3.7.

Силовое нагружение задается в виде продольных и поперечных сил, изгибающих моментов и распределенных нагрузок. Продольная сила может быть приложена со случайным эксцентриситетом е, который равен расстоянию от линии ее действия до центра сечения.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

Распределение температуры в рассматриваемом сечении конструкции в каждый момент времени от начала нагрева принимается по результатам теплотехнической части расчета.

Рис. 3.4. Типовые одномерные расчётные схемы статически неопределимых конструкций: а - двухопорная статически неопределимая балка (перекрытие), б - многоопорная балка (перекрытие), в - колонна, проходящая через несколько перекрытий.

Рис. 3.5. Типовые расчётные схемы статически неопределимых плит, опёртых по контуру или его части: а - перекрытие с непрерывным опиранием по контуру, б - перекрытие с непрерывным опиранием по части контура, в -перекрытие с дискретным опиранием.

Рис. 3.6. Типовые расчётные схемы плоских многоэлементных статически неопределимых конструкций: а - плоская рама, б - моделирование поперечного сечения многоэтажного сооружения.

Рис. 3.7. Типовая расчётная схема высокого уровня для пространственного моделирования многоэтажного сооружения.

3.3. Параметры напряженно-деформированного состояния (внутренние усилия, напряжения, деформации и перемещения) в статически неопределимых конструкциях, возникающие от внешней нагрузки и огневого воздействия, определяются методами строительной механики, применяемыми для статически неопределимых конструкций, подвергаемых действию только внешних силовых нагрузок.

3.4. В качестве метода расчёта статически неопределимых конструкций рекомендуется использовать метод конечных элементов (МКЭ) в форме метода перемещений.

Согласно МКЭ, рассчитываемая конструкция мысленно разбивается на фрагменты конечного размера (конечные элементы), взаимодействующих друг с другом в конечном числе точек - узлов конечно-элементной сетки.

Для описанных выше расчётных схем статически неопределимых конструкций вводятся следующие типы конечных элементов:

а) балочный элемент, работающий на внецентренное сжатие и поперечный изгиб;

б) балочный элемент, работающий на поперечный изгиб;

в) элемент плоской плиты, работающий в условиях двумерного напряженного состояния.

С использованием перечисленных выше типов конечных элементов в различных сочетаниях удаётся построить математические модели любых конструкций зданий (сооружений), встречающихся в практике проектирования.

При построении математической модели конечных элементов учитываются:

- неравномерность прогрева сечений элементов (температурные поля в сечениях элементов принимаются по результатам теплотехнической части расчёта);

- физическая нелинейность материалов конструкции (диаграммы деформирования материалов принимаются по п.2);

- возникновение температурных напряжений (значения коэффициентов температурного расширения и температурной усадки принимаются по таблицам п.2);

- нелинейность зависимости между деформациями и перемещениями элементов, работающих на внецентренное растяжение-сжатие и поперечный изгиб;

- наличие начальных напряжений и деформаций в конструкциях (в частности, предварительно напряжённой арматуры).

Разбиение исследуемой конструкции на конечные элементы производится с учётом достижения необходимой точности численного расчёта. Шаг разбиения уменьшается в местах резкого изменения формы и размеров сечения, схемы армирования, вблизи опор, мест приложения локальных нагрузок, а также в местах возможного возникновения пластических шарниров (см. п. 3.5).

3.5. Предельное состояние материала в точке нормального сечения конечного элемента считается достигнутым, если деформация в этой точке превысила предельные значения для данной температуры.

Участки сечения, достигшие предельного состояния, исключаются из последующих расчетов жесткостных характеристик этого конечного элемента.

Предельное состояние сечения элемента конструкции считается достигнутым, если выполнено одно из следующих условий:

- изгибающий момент, действующий в сечении, превысил предельный момент* (образовался пластический шарнир, и степень статической неопределимости конструкции понизилась на единицу);

- главное растягивающее напряжение в бетоне, вычисленное с учетом касательных напряжений, превысило сопротивление бетона на растяжение при данной температуре (произошло разрушение по наклонному сечению - образовалась трещина).

Несущая способность конструкции в целом считается исчерпанной, если:

а) хотя бы один из её элементов превратился в кинематически изменяемую систему за счёт последовательного образования пластических шарниров;

б) максимальный прогиб хотя бы одного из её элементов достиг предельно допустимого значения;

в) действующая в одном из её элементов сжимающая сила достигла критического значения из условия устойчивости**.

* Предельный момент определяется из условия достижения деформациями во всех точках сечения предельных значений при заданном поле температур.

** Математически условие сохранения устойчивости выражается положительной определенностью второй вариации потенциальной энергии рассматриваемого элемента.

За предел огнестойкости конструкции принимается промежуток времени от начала огневого воздействия до момента времени, ближайшего к моменту исчерпания конструкцией своей несущей способности.

3.6. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости железобетонных статически неопределимых конструкций (колонн, проходящих сквозь несколько перекрытий, многоопорных балок, плит, опертых по контуру, рам и составленных из этих элементов пространственных систем) по несущей способности рекомендуется использовать разработанный НПКЦ «Интерсигнал» программный комплекс «Огнестойкость» версии НСНЖ.1, сертифицированный по ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93. В его состав входит банк данных по теплофизическим и механическим характеристикам материалов, сформированный по данным МДС 21-2.2000, авторитетных литературных источников и публикаций авторов.

Этот программный комплекс разработан в соответствии с данной методикой применительно к IBM - совместимым компьютерам и удовлетворяет современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Он обладает развитым интерфейсом ввода-вывода, который позволяет представлять результаты расчетов в удобном для пользователя форме (в том числе, в форме графиков).

4. Внецентренно сжатые (изгибаемые) колонны и стены

4.1. Распределение температуры в рассматриваемых сечениях конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия определяется путем численного решения приведенных в разделе I дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к расчетным схемам, показанным на рис. 4.1 -4.4.

Рис. 4.1. Теплотехническая расчетная схема сталежелезобетонной (а) и железобетонной (б) колонн для случая четырехстороннего обогрева газовой средой температурой T_f: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - стальной внутренний элемент.

Рис. 4.2. Теплотехническая расчетная схема сталежелезобетонной колонны для случая трехстороннего обогрева газовой средой температурой Т_f : 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - стальной элемент; 4 - стена или перегородка; Т_е - температура воздуха смежного помещения; l - расстояние между плоскостями симметрии расчетной области или расстояние от плоскости симметрии, на котором «возмущение» температурного поля в стене (перегородке), вызванное влиянием примыкающей к ней колонны, становится пренебрежимо малым.

Рис. 4.3. Теплотехническая расчетная схема сталежелезобетонной колонны для случая примыкания к ней с двух сторон стен или перегородок: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - стальной элемент; 4 - стена или перегородка; остальные обозначения те же, что и на предыдущих рисунках.

Рис. 4.4. Теплотехническая расчетная схема железобетонной стены для случая одностороннего обогрева газовой средой температурой Т_f: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; Т_e -температура воздуха смежного помещения; l -расстояние между плоскостями симметрии расчетной области.

Примечания. 1) Форма и соотношение размеров однородных элементов изображенной на рисунках расчетной области, а также их количество, могут изменяться в достаточно широких пределах.

2). Расчетная схема рис.4.2 соответствует случаю примыкания колонн к стенам или перегородкам. Она предусматривает возможность учета перетекания теплоты из колонны в стену и затем в помещение, смежное с аварийным помещением. Тепловой контакт между колонной и стеной по поверхности примыкания предполагается идеальным.

3). В случае расчетной схемы, показанной на рис.4.3, железобетонная или сталежелезобетонная колонна находится в идеальном тепловом контакте со стенами или перегородками, примыкающими к ней с двух сторон. Вследствие этого теплота может перетекать из колонны в стену (перегородку) и в обратном направлении в зависимости от соотношения теплопроводностей материала колонны и стены (перегородки). При этом одна часть поверхности колонны выступает в объем аварийного помещения, заполненного газовой средой с температурой Т_f, а другая - в объем смежного помещения, заполненного воздухом с температурой Т_e. Необогреваемая часть поверхности колонны обменивается теплотой излучением с ограждающими конструкциями смежного помещения и естественной конвекцией с заполняющим его воздухом. Соотношение между размерами обогреваемой и не обогреваемой частей колонны может быть произвольным-

4). 6 случае расчетной схемы, показанной на рис. 4.4, объектом расчета является несущая стена, имеющая регулярную схему армирования, равномерно обогреваемая по одной из поверхностей газовой средой с температурой Т_f. При этом другая поверхность стены обменивается теплотой излучением с ограждающими конструкциями смежного помещения и естественной конвекцией с заполняющим его воздухом, температурой Т_e

5). В тех случаях, когда в стене имеются стальные элементы каркаса (например, фахверковые стены), для теплотехнического расчета используется схема, показанная на рис. 4.3.

4.2. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых (изгибаемых) колонн и стен проводится применительно к расчетной схеме, показанной на рис 4.5.

Рассматриваются железобетонные и сталежелезобетонные колонны (стены) составного сечения, имеющие произвольно расположенную в сечении арматуру и стальные элементы призматической формы.

Силовое нагружение задается в виде продольной силы N₀, и изгибающего момента М₀ (см. рис 4.5). Продольная сила может быть приложена со случайным эксцентриситетом е₀, который равен расстоянию от линии ее действия до центра сечения.

Рис.4.5. Статическая расчетная схема внецентренно сжатых и (или) изгибаемых колонн и стен: N₀ - продольная сила; М₀ - изгибающий момент; е₀ - случайный эксцентриситет приложения продольной силы.

Случайный эксцентриситет приложения продольной силы может быть задан как слева, так и справа от оси колонны. При этом соответствующим образом изменяется знак изгибающего момента, вызванного действием продольной силы.

Расчетная длина колонны согласно рекомендациям МДС 21-2.2000 принимается равной:

-для сборных конструкций l₀ = H;

- для монолитных конструкций l₀ = 0,7H,

где H - высота этажа - расстояние между центрами узлов соединения.

Расчетная длина стены при платформенном опирании на жесткое основание* согласно рекомендациям МДС 21-2.2000 принимается равной l₀ = 0,7H.

* Согласно МДС 21-2.2000 значение расчетного предела огнестойкости стен а случае контактного опирания на упругоподатливое основание при растворных швах проектной толщиной 20 мм умножается на коэффициент другой податливости 0,75, а при швах толщиной 5 мм, заполненных цементно-песчаной пастой - на коэффициент 0,85.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

Распределение температуры в сечении конструкции горизонтальной плоскостью в каждый момент времени от начала нагрева принимается по результатам теплотехнической части расчета.

4.3. Деформация в произвольной точке, находящейся на расстоянии у от оси 0Х (см. рис.4.6), определяется из геометрического соотношения:

ε(y,z) = ε_z(z) + у· k(z).                                                                              (4.1)

где ε_z(z) - относительная продольная деформация;

k(z) - кривизна продольной оси.

Рис. 4.6. Схема сечения конструкции: 0Х, 0Y -оси прямоугольной системы координат; Т (x,y,t) -температура в точке с координатами х,у, T_кр -критическая температура; F - часть площади сечения, нагретая до температуры ниже критической.

Температурные деформации определяются соотношением:

ε_t = a_t (T - T ₀),                                                                                          (4.2)

где a_t - коэффициент термического (температурного) расширения материала.

Значения коэффициентов температурного расширения a_bt и температурной усадки a_cs для различных видов бетона приведены в таблицах 2.1 и 2.2. Значения коэффициента температурного расширения стали a_st даны в таблице 2.3.

4.4. Выражение физического закона для материалов конструкции представляется в виде:

σ(y,z) = Е*[ε(y,z) - ε_t],                                                                             (4.3)

где Е* - секущий модуль упругости.

Для упругопластического материала секущий модуль упругости зависит от величины деформации и принимается по диаграмме деформирования конкретного материала (см. п.2).

4.5. Продольная сила в сечении определяется интегрированием напряжений по части сечения, нагретой до температуры ниже критической (см. рис. 4.6):

                                                  (4.4)

Причем в случая статически определимой задачи продольная сила равна приложенной к колонне (стене) внешней сжимающей силе N₀ (см. рис. 4.5).

Внутренний изгибающий момент относительно оси 0Х, проходящей через центр сечения, с одной стороны, определяется аналогичным интегрированием моментов от напряжений:

                                               (4.5)

С другой стороны, внутренний изгибающий момент в сечении равен сумме внешнего момента (см. рис. 4.5) и произведению приложенной к конструкции сжимающей силы на прогиб в сечении:

М(z) = М₀ + N₀[e₀ + w(z)] = М + N₀w(z),                                                (4.6)

где М = М₀ + N₀e₀ - постоянная по координате z составляющая изгибающего момента.

Уравнения равновесия (4.4), (4.5) с учетом соотношения (4.6) могут быть представлены в виде:

                                                      (4.4')

                                       (4.5')

В уравнениях (4.4'), (4.5'):

В результате решения системы алгебраических уравнений (4.4'), (4.5') относительно неизвестных ε_z(z), k(z) получаются их выражения через прогиб w(z) в виде:

                   (4.7)

где .

4.6. Кривизна оси, проходящей через центры поперечных сечений, определяется геометрическим соотношением вида:

                                                                                         (4.8)

После подстановки выражения для k(z) (4.7) в соотношение (4.8) получается разрешающее дифференциальное уравнение относительно функции прогиба от продольной координаты в виде:

                     (4.9)

Дифференциальное уравнение (4.9) должно решаться при граничных условиях:

w(0) = w(l₀) = 0,                                                                                       (4.10)

где k - высота конструкции (см. рис. 4.5).

В этом уравнении коэффициенты  и эквивалентные термические нагрузки N_t, M_t, являются функциями напряженно-деформированного состояния, которое, в свою очередь, зависит от искомой функции w(z). Поэтому решение уравнения (4.9) следует находить методом последовательных приближений.

В качестве нулевого приближения принимается, что прогибы отсутствуют: w(z) = 0. Тогда приведенные жесткости могут быть найдены методом редукционных коэффициентов из уравнений:

                                                    (4.11)

                                                   (4.12)

Причем в этом случае они не зависят от координаты z. Решение уравнения (4.9) при этих (постоянных) коэффициентах дает форму изогнутой оси колонны в линейном приближении.

Следующее приближение получим, приняв в каждом сечении действующий момент равным M(z) = M + N₀·w(z) и определив приведенные жесткости из уравнений:

                                                    (4.13)

                                (4.14)

Последовательно вычисляя прогибы решением уравнений (4.13), (4.14) и (4.9), получим форму изогнутой оси колонны (стены) в геометрически нелинейной постановке.

4.7. Определение несущей способности конструкции при заданном моменте и продольной силе осуществляется следующим образом:

- исчерпанию несущей способности сечения соответствует достижение равенства нулю при-

веденных жестокостей, определяемых методом редукционных коэффициентов;

- потеря устойчивости конструкции (по Эйлеру) соответствует условию отрицательной определенности оператора в левой части уравнения (4.9):

                               (4.15)

Значения внешних силовых факторов (продольной силы, момента), при которых теряется положительная определенность этого оператора, считаются не удовлетворяющими условию устойчивости.

4.8. При численной реализации изложенного алгоритма используется аппроксимация уравнения (4.9) неявной разностной схемой. Сеточный аналог уравнения представляется в виде:

    (4.16)

С учетом граничных условий w_o= w_n = 0, где п - число узлов одномерной сетки, получается система линейных алгебраических уравнений, трехдиагональная матрица которой положительно определена при выполнении условия устойчивости по Эйлеру. Отсутствие положительной определенности легко проверяется при решении системы уравнений (число смен знака диагональных элементов при прямом ходе равно числу отрицательных собственных чисел исходной матрицы).

4.9. Алгоритм численных расчетов представляется в следующем виде.

1). Рассчитываются приведенные жесткости при нулевом значении прогиба при заданных значениях продольной силы и момента. Если редуцированная площадь или редуцированный момент инерции сечения обращается в нуль, несущая способность считается исчерпанной по условию прочности материала. В противном случае выполняется п.2.

2). Рассчитываются прогибы по линейному приближению (при постоянных значениях приведенных жестокостей) путем решения разностного уравнения (4.16). Если при этом матрица системы уравнений не положительно определена, несущая способность считается исчерпанной по условию устойчивости. В противном случае выполняется п.3.

3). Рассчитываются приведенные жесткости в узлах разностной сетки при найденных значениях прогиба и заданных значениях продольной силы и момента. Если редуцированная площадь или редуцированный момент инерции сечения обращается в нуль, несущая способность считается исчерпанной по условию прочности материала. В противном случае выполняется п.4.

4). Рассчитываются прогибы следующего приближения путем решения разностного уравнения (4.16). Если при этом матрица системы уравнений не положительно определена, несущая способность считается исчерпанной по условию устойчивости. Если число итераций превысило заданное или последовательные приближения сошлись с заданной точностью, несущая способность считается не исчерпанной, и происходит выход из алгоритма. В противном случае заново выполняется п.3.

Число итераций учета геометрической нелинейности может быть задано равным нулю (в этом случае расчет производится без учета прогибов), либо единице (расчет несущей способности учитывает прогибы в линейном приближении), либо достаточно большим для полного учета геометрической нелинейности.

Расчеты по рассмотренному выше алгоритму производятся для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию, нагруженную сжимающей силой и изгибающим моментом.

За предел огнестойкости конструкции принимается промежуток времени от начала огневого воздействия до момента времени, ближайшего к моменту потери конструкцией своей несущей способности.

4.10. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости железобетонных внецентренно сжатых (изгибаемых) колонн и стен по несущей способности рекомендуется использовать разработанный НПКЦ «Интерсигнал» программный комплекс «Огнестойкость» версии НКСЖ.1, сертифицированный по ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93. В его состав входит банк данных по теплофизическим и механическим характеристикам материалов, сформированный по данным МДС 21-2.2000, авторитетных литературных источников и публикаций авторов.

Этот программный комплекс разработан в соответствии с данной методикой применительно к IBM - совместимым компьютерам и удовлетворяет современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Он обладает развитым интерфейсом ввода-вывода, который позволяет представлять результаты расчетов в удобном для пользователя форме (в том числе, в форме графиков).

5. Статически определимые балки, ригели, прогоны

5.1. Распределение температуры в рассматриваемых сечениях конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия следует определять путем численного решения приведенного в разделе I дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к расчетной схеме, показанной на рис.5.1.

Рис.5.1. Теплотехническая расчетная схема сталежелезобетонной балки (с фрагментом железобетонного перекрытия): 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; 4 - стальной элемент; T_f - температура газовой среды, воздействующей на обогреваемые поверхности рассматриваемой системы; T_e -температура воздуха смежного помещения; l - расстояние между плоскостями симметрии расчетной области или расстояние от плоскости симметрии, на котором «возмущение» температурного поля в перекрытии, вызванное влиянием входящей в его состав балки, становится пренебрежимо малым.

Примечание. Форма и размеры сечения рассматриваемой системы, в частности, стального элемента, а также схема армирования могут изменяться в широких пределах.

5.2. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния статически определимых балок, ригелей, прогонов следует проводить применительно к расчетной схеме, показанной на рис 5.2.

Рассматриваются железобетонные и сталежелезобетонные конструкции составного сечения, армированные как гибкой, так и жесткой продольной арматурой. Опирание однопролетных балок считается шарнирным, консольные балки считаются жестко защемленными (см. рис. 5.2).

Рис. 5.2. Расчетные схемы балки: а - балка на двух шарнирных опорах, б - консольная балка.

Силовые воздействия определяются вертикальным погонным усилием, действующим перпендикулярно оси балки, а также сосредоточенными поперечными силами и сосредоточенными изгибающими моментами. Силовые воздействия принимаются стационарными. В силу статической определимости и геометрической линейности конструкции, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил не зависят от действия термических нагрузок и от прогибов.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

Распределение температуры в сечении конструкции вертикальной плоскостью в каждый момент времени от начала нагрева принимается по результатам теплотехнической части расчета.

Поле температур считается одинаковым в каждом из поперечных сечений.

5.3. Реакции в шарнирных опорах определяются из условий равенства нулю главного вектора и главного момента всех внешних сил по формулам:

а) для однопролетной балки (рис. 5.2, а):

                                              (5.1)

б) для консольной балки (рис. 5.2,б) R_B = 0, а момент в заделке находится как алгебраическая сумма всех заданных моментов и моментов от заданных сил, взятая с противоположным знаком:

                                               (5.2)

где а, b - соответственно наименьшая и наибольшая координата интервала, в котором задана распределенная нагрузка.

Эпюра поперечных сил Q(z) определяется интегрированием поперечных сил, приложенных правее точки z:

                                               (5.3)

где H(ξ) - единичная функция Хевисайда: H(ξ) = 0,ξ <0; H(ξ) = 1,ξ >0.

В случае консольно защемленной балки в формуле (5.3) принимается R_B = 0.

Эпюра изгибающих моментов M(z) определяется интегрированием моментов, приложенных правее точки z:

(5.4)

5.4. Нормальные напряжения σ_х связаны с линейными деформациями ε_х физическим законом (3.3).

При выводе расчетных зависимостей принимается гипотеза плоских сечений. В этом случае деформированное состояние конструкции определяется двумя функциями продольной осевой координаты z:

а) относительной продольной деформацией ε_z(y,z);

б) кривизной оси, проходящей через центры тяжести поперечных сечений, k(z).

Схема поперечного сечения конструкции показана на рис. 5.6. В плоскости сечения используется прямоугольная система координат 0ХУ, начало которой рекомендуется помещать в геометрический центр сечения.

Деформация в произвольной точке, находящейся на расстоянии у от оси, определяется из соответствующего геометрического соотношения.

5.5. В случае статически определимой балки продольная сила равна нулю.

Внутренний изгибающий момент относительно оси 0Х, проходящей через центр тяжести сечения, с одной стороны, определяется интегрированием моментов от напряжений:

                                               (5.5)

С другой стороны, внутренний изгибающий момент в сечении равен внешнему моменту в сечении M(z), вычисленному по формуле (5.4).

Уравнения равновесия в рассматриваемом случае представляются в виде:

                                                               (5.6)

                                                     (5.7)

В уравнениях (5.6), (5.7):

.

В результате решения системы алгебраических уравнений (5.6), (5.7) относительно неизвестных ε_z(z), k(z) получаются их выражения через прогиб w(z) в виде:

                                                         (5.8)

                                                      (5.9)

где .

В этом уравнении внешний силовой фактор M(z) известен, а коэффициенты  (приведенные жесткости) и эквивалентные термические нагрузки N_t, M_t, являются функциями напряженно-деформированного состояния, которое, в свою очередь, зависит от искомых функций k(z) и ε_z(z). Поэтому решение уравнений (5.8), (5.9) следует проводить методом последовательных приближений.

5.6. Напряжения поперечного сдвига определяются из уравнений равновесия:

                                                                                      (5.10)

или после подстановки физического закона (3.3) и кинематического соотношения (3.1):

 (5.11)

Входящие в (5.11) производные от кинематических параметров (линейной деформации оси ε_z и ее кривизны к), определенные дифференцированием формул (5.8) - (5.9):

                   (5.12)

                      (5.13)

Касательные напряжения поперечного сдвига определяются интегрированием уравнения (5.11) с учетом условий: τ_yz = 0 на границах.

5.7. Предельное состояние материала в точке нормального сечения считается достигнутым, если деформация в этой точке (ε(y,z) - ε_t) превысила предельные значения для данной температуры.

Участки сечения, в которых достигнуто предельное состояние, исключаются из расчета (для них принимается равным нулю редукционный коэффициент).

Предельное состояние сечения считается достигнутым, если выполнено одно из следующих условий:

- изгибающий момент, действующий в сечении, превысил предельный момент* (образовался пластический шарнир и конструкция стала геометрически изменяемой);

- главное растягивающее напряжение в бетоне, вычисленное с учетом касательных напряжений, превысило сопротивление бетона на растяжение при данной температуре (произошло разрушение по наклонному сечению - образовалась трещина).

*Предельный момент определяется из условия достижения деформациями во всех точках сечения предельных значений при заданном поле температур.

Несущая способность балки считается исчерпанной, если:

а) хотя бы одно ее сечение достигло предельного состояния;

б) максимальный прогиб конструкции достиг предельно допустимого значения.

Расчеты по рассмотренному выше алгоритму производятся для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию, нагруженную поперечными силами и изгибающими моментами.

За предел огнестойкости конструкции принимается промежуток времени от начала огневого воздействия до момента времени, ближайшего к моменту исчерпания конструкцией своей несущей способности.

5.8. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости железобетонных статически определимых балок, ригелей, прогонов по несущей способности рекомендуется использовать разработанный НПКЦ «Интерсигнал» программный комплекс «Огнестойкость» версии НБЖ.1, сертифицированный по ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93. В его состав входит банк данных по теплофизическим и механическим характеристикам материалов, сформированный по данным МДС 21-2.2000, авторитетных литературных источников и публикаций авторов.

Этот программный комплекс разработан в соответствии с данной методикой применительно к IBM - совместимым компьютерам и удовлетворяет современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Он обладает развитым интерфейсом ввода-вывода, который позволяет представлять результаты расчетов в удобном для пользователя форме (в том числе, в форме графиков).

6. Статически определимые плиты перекрытий.

6.1. Распределение температуры в рассматриваемых сечениях конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия следует определять путем численного решения приведенных в Приложении 1 дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к расчетным схемам, показанным на рис. 6.1-6.3.

Рис. 6.1. Теплотехническая расчетная схема железобетонной плиты перекрытия: 1 - бетон; 2 - стальные арматурные стержни; 3 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; T_f - температура газовой среды, воздействующей на нижнюю поверхность плиты; T_e - температура воздуха смежного помещения; l - расстояние между плоскостями симметрии расчетной области.

Рис. 6.2. Теплотехническая расчетная схема железобетонной многопустотной плиты перекрытия: 1 - бетон; 2 - цилиндрические полости, расположенные внутри плиты; 3 - стальные арматурные стержни; 4 - слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; остальные обозначения те же, что и на рис.6.1.

Рис. 6.3 Теплотехническая расчетная схема железобетонной плиты перекрытия по профилированному стальному настилу: 1 - бетон; 2 -слои из материалов с различными теплофизическими характеристиками; 3 - стальные арматурные стержни; 4 - профилированный стальной лист; остальные обозначения те же, что и на рис. 6.1

Примечания 1). Принятая схематизация предусматривает один вариант симметрии расчетной области - плоскую симметрию с использованием прямоугольной системы координат 0XY, в которой плоскость симметрии проходит через ось 0Y.

2). Расчетная схема рис. 6.1 охватывает большинство встречающихся на практике расчетных случаев для железобетонных плит перекрытий с различными схемами армирования. Это достигается благодаря тому, что конфигурация расчетной области и высокотеплопроводных «включений» -армирующих элементов, а также их количество и расположение в плоскости сечения могут изменяться произвольно в широких пределах.

3). Расчетная схема рис 6.2 соответствует многопустотным железобетонным плитам. Ее основное отличие от предыдущей расчетной схемы заключается в наличии цилиндрических полстей, регулярно расположенных внутри плиты. Теплопередача через воздушную полость осуществляется излучением между ограждающими полость поверхностями, естественной конвекцией и теплопроводностью в воздухе.

4). Расчетная схема рис. 6.3 соответствует монолитным железобетонным перекрытиям, отформованным по профилированному стальному настилу. Ее характерной особенностью является наличие выступов на поверхности потолка. Эти выступы в условиях пожара обогреваются с трех сторон, что приводит к более интенсивному нагреву стальных стержней арматуры, расположенных в соответствующих впадинах профилированного листа, выполняющего функцию опалубки при формовании перекрытия.

6.2. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния железобетонных плит перекрытий следует проводить применительно к расчетной схеме, показанной на рис. 6.4.

Рассматриваются железобетонные конструкции составного сечения, армированные стальной арматурой в виде прутков круглого сечения. Все конструкции предполагаются статически определимыми и рассматриваются в рамках расчетной схемы изгибаемой балки. Согласно МДС 21-2.2000, длина балочных плит предполагается не менее чем в 2 раза больше ширины. Опирание однопролетных балочных плит считается шарнирным.

Рис. 6.4. Расчетная схема балочной плиты на двух шарнирных опорах.

Силовые воздействия определяются вертикальным погонным усилием, действующим перпендикулярно оси балочной плиты, а также сосредоточенными поперечными силами и сосредоточенными изгибающими моментами. Силовые воздействия принимаются стационарными. В силу статической определимости и геометрической линейности конструкции, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил не зависят от действия термических нагрузок и от прогибов.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

Распределение температуры в сечении конструкции вертикальной плоскостью в каждый момент времени от начала нагрева принимается по результатам теплотехнической части расчета.

Поле температур считается одинаковым в каждом из поперечных сечений.

6.3. Внутренние силовые факторы (реакции в шарнирных опорах) рассчитываются по формулам (4.1)-(4.3).

6.4. Напряжения, действующие в нормальных к оси балочной плиты сечениях, определяются по формулам, приведенным в п.п. 4.4, 4.6.

6.5. Напряжения поперечного сдвига рассчитываются по формулам, приведенным в п. 4.6.

6.6. Предел огнестойкости балочных плит определяется в соответствии с алгоритмом, описанным в п. 4.7

6.7. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости железобетонных статически определимых плит перекрытий по несущей способности рекомендуется использовать разработанный НПКЦ «Интерсигнал» программный комплекс «Огнестойкость» версии НПЖ.1, сертифицированный по ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93. В его состав входит банк данных по теплофизическим и механическим характеристикам материалов, сформированный по данным МДС 21-2.2000, авторитетных литературных источников и публикаций авторов.

Этот программный комплекс разработан в соответствии с данной методикой применительно к IBM - совместимым компьютерам и удовлетворяет современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Он обладает развитым интерфейсом ввода-вывода, который позволяет представлять результаты расчетов в удобном для пользователя форме (в том числе, в форме графиков).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (Обязательное)

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОГНЕЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1. Параметры огнезащиты выбранного варианта, необходимой для обеспечения требуемого (нормируемого) предела огнестойкости каждой конкретной конструкции, следует определять из условия:

П_ф ≥ П_тр,                                                                                                  (1)

где П_ф - фактический предел огнестойкости рассматриваемой конструкции с огнезащитой;

П_тр - требуемое (нормативное) значение предела огнестойкости.

2. Требуемые (нормативные) пределы огнестойкости определяются по СНиП, МГСН, Техническим условиям.

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций по теплоизолирующей способности определяются по методике раздела I.

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций по несущей способности определяются по методикам раздела II.

Фактические пределы огнестойкости металлических конструкций без огнезащиты определяются приведенной толщиной металла* . Значения пределов огнестойкости стальных колонн, балок, стоек, прогонов, ригелей и т.п. без огнезащиты в зависимости от приведенной толщины металла даны в таблице:

*Под приведенной толщиной металла понимается отношение площади сечения рассматриваемого элемента к обогреваемой части периметра сечения.

Примечание. Промежуточные значения пределов огнестойкости определяются линейной интерполяцией.

Фактические пределы огнестойкости стальных несущих конструкций с огнезащитой определяются по методикам раздела II с использованием вариантов расчетных схем без слоя бетона и стержней арматуры в сечении конструкции. Роль слоя бетона в этих случаях играет слой огнезащиты. При этом вклад несущей способности огнезащиты в несущую способность конструкции не учитывается.

3. В случае бетонных и железобетонных конструкций, имеющих повышенную влажность, предельным состоянием является взрывообразное разрушение бетона. За предел огнестойкости конструкции в этом случае принимается время от начала огневого воздействия на ее обогреваемую поверхность до момента достижения температурой поверхности критического значения.

Требуемая толщина выбранного средства огнезащиты в этом случае определяется из условия непревышения температурой поверхности конструкции критического значения в конце огневого воздействия по заданному температурному режиму (см. раздел I) в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости конструкции.

4. В тех случаях, когда для определения предела огнестойкости несущих металлических конструкций обоснована возможность использования понятий «приведенная толщина» и «критическая температура» металла**, толщина выбранного средства огнезащиты определяется теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой защищаемого объекта критического значения в конце огневого воздействия в течение времени, равного критической температуре металла.

** Это обоснование делается с использованием результатов статических расчетов по методике раздела II. Должно быть показано, что для рассматриваемой конструкции использование такого приближения обеспечивает получение гарантированных оценок сверху.

5. Критическая температура металла рассматриваемой конструкции определяется по методикам раздела II из условия потери конструкцией несущей способности статическим расчетом при допущении о том, что в каждый момент времени температура распределена по сечению конструкции равномерно.

Расчет критической температуры металла проводится методом последовательных приближений. На каждом из приближений вначале задаются температурой конструкции. Затем проводится статический расчет конструкции, в результате которого определяются параметры ее напряженно-деформированного состояния. По этим данным проверяется выполнение условий предельного состояния конструкции. Если условия предельного состояния не выполняются, то делается вывод о том, что заданная температура ниже критической, и расчет повторяется при большей температуре конструкции.

Итерационный процесс завершается при достижении наперед заданной точности.

6. При использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла для определения пределов огнестойкости конструкций с огнезащитой температурное поле в системе «огнезащита - конструкция» рассчитывается по одномерной расчетной схеме «двухслойная пластина», одним из слоев которой является огнезащита, а другим - слой металла, приведенной толщины. В качестве граничного условия на необогреваемой поверхности пластины используется условие идеальной теплоизоляции поверхности.

Толщина металлического (защищаемого) слоя пластины принимается равной приведенной толщине металла рассматриваемой конструкции, которая определяется по формуле:

Δ=А/Р,                                                                                                     (2)

где А - площадь поперечного сечения металлического стержня;

Р - обогреваемый периметр стержня.

Предел огнестойкости элемента конструкции устанавливается по времени (в мин.) от начала обогрева по заданному температурному режиму до момента прогрева соответствующей ему пластины приведенной толщины до критической температуры металла.

7. В тех случаях, когда использование приближенного подхода по пунктам 5, 6 невозможно, при определении параметров средства огнезащиты, наряду с теплотехническим расчетом, проводится статический расчет по методике раздела II.

8. Параметры выбранного средства огнезащиты ненесущих (ограждающих) конструкций определяются только теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой необогреваемой поверхности конструкции предельно допустимого значения (по теплоизолирующей способности) в конце огневого воздействия в течение времени, равного нормативному значению предела огнестойкости объекта.

9. Необходимые для расчета характеристики огнезащитных составов (материалов) согласно НПБ 236-97 (п.4.10) определяются

разработчиком проекта (за исключением группы огнезащитной эффективности). Методика определения характеристик материалов должна соответствовать используемым методикам теплотехнического и статического расчетов (см. разделы I и II).

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (обязательное)

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПЕРЕД ВЕНТИЛЯТОРОМ И ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНОК КАНАЛА ДЫМОУДАЛЕНИЯ (КОМПЛЕКСНЫЙ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ)

1. Общие положения

1.1. Канал дымоудаления в общем случае может состоять из участков, представляющих собой стальные воздуховоды, которые проходят как через аварийное помещение, заполненное высокотемпературной газовой средой, так и через смежные помещения, заполненные воздухом. Он может также прокладываться внутри железобетонных строительных конструкций. Кроме того, на практике встречаются случаи, когда две или три стенки канала выполнены из стали, а остальными его стенками являются железобетонные строительные конструкции. И, наконец, возможны случаи, когда межу стальной стенкой канала дымоудаления и железобетонной стеной находится воздушная прослойка.

1.2. Обобщенная схема движения дымовых газов и теплопередачи в системе противодымной защиты представлена на рис. 1.1. Можно видеть, что газовая среда аварийного помещения, имеющая температуру T_f, поступает во внутреннюю полость воздуховода дымоудаления через клапаны дымоудаления (3). При этом ее температура несколько понижается.

Рис. 1.1. Обобщенная схема газообмена и теплопередачи в системе противодымной защиты:

1 - аварийное помещение, заполненное газовой средой с температурой T_f(x,t); 2 - смежное помещение, заполненное газовой средой (воздухом) с температурой Т_в; 3 - клапан дымоудаления; 4 - стена (перегородка); 5 - канал дымоудаления, проложенный в воздуховодах с огнезащитой, железобетонных строительных конструкциях и т.п.; 6 - устройства для подачи распыленного охладителя во внутреннюю полость воздуховода (спринклеры или дренчеры); 7 - огнестойкий вентилятор; 8 - сборный воздуховод (коллектор); 9 - характер изменения температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления при отсутствии (а) и при наличии (б) подачи охладителя в его внутреннюю полость; Т_д - температура дымовых газов; Т_x - температура наружной поверхности воздуховода в смежном помещении; l₁ - длина обогреваемого участка воздуховода; l₂ - длина необогреваемого участка.

Дымовые газы движутся внутри канала дымоудаления (5) в сторону вентилятора (7), обмениваясь теплотой с его стенками. Направление теплового потока через стенку зависит от соотношения температур внутреннего и наружного газа. Так на участке, расположенном в смежном помещении (2), тепловой поток направлен наружу, вследствие чего дымовые газы охлаждаются. Причем, интенсивность их охлаждения зависит от теплоизолирующей способности стенки воздуховода (в частности, от толщины слоя огнезащитного покрытия), а степень охлаждения на участке от входа в помещение (2) до вентилятора - от его длины (l₂)

1.3. В тех случаях, когда температура дымовых газов на входе в вентилятор превышает критическое значение, возникает необходимость в активной огнезащите вентилятора.

В качестве наиболее рационального способа активной огнезащиты вентилятора целесообразно использовать спринклерную или дренчерную систему, обеспечивающую подачу мелко распыленной воды во внутреннюю полость воздуховода равномерно по периметру его сечения на расстоянии не менее двух характерных размеров сечения воздуховода от входа в вентилятор. Причем, требуемый расход воды должен определяться из комплексного теплотехнического расчета системы противодымной защиты.

1.4. Расчет температуры дымовых газов перед вентилятором и параметров теплового состояния стенок канала дымоудаления (комплексный теплотехнический расчет) в общем случае проводится путем численного решения системы дифференциальных уравнений; неразрывности, движения газовой среды, диффузии компонентов газовой смеси, заполняющей внутреннюю полость канала дымоудаления (воздуховодов) и аварийного помещения (пожарного отсека), сохранения энергии в соответствующих объемах и нестационарной теплопроводности в стенках канала (воздуховодов) и ограждающих конструкциях. Для замыкания этой системы к ней добавляются уравнения для параметров турбулентного переноса (модель турбулентности) и интегрально-дифференциальные уравнения лучистого переноса в газовой среде, запыленной конденсированными частицами дыма, а также соответствующие условия однозначности.

1.5. Комплексный теплотехнический расчет состоит из следующих взаимосвязанных частей:

а) расчета динамики развития пожара в аварийном помещении и температурного режима огневого воздействия на воздуховоды и узлы их крепления к строительным конструкциям;

б) расчета нестационарной теплопередачи через обогреваемые и необогреваемые стенки воздуховода с огнезащитой.

в) расчета изменения температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода (канала дымоудаления), по его длине.

2. Расчет динамики развития пожара в аварийном помещении и температурного режима огневого воздействия на воздуховоды и узлы их крепления к строительным конструкциям

2.1. В общем случае расчет динамики развития пожара в аварийном помещении и температурного режима огневого воздействия на воздуховоды и узлы их крепления к строительным конструкциям следует проводить путем численного решения системы дифференциальных уравнений:

- неразрывности;

- движения газовой среды;

- диффузии компонентов газовой смеси, заполняющей внутреннюю полость канала дымоудаления (воздуховодов) и аварийного помещения (пожарного отсека);

- сохранения энергии в соответствующих объемах;

- нестационарной теплопроводности в стенках канала (воздуховодов) и ограждающих конструкциях.

Для замыкания этой системы к ней добавляются уравнения для параметров турбулентного переноса (модель турбулентности) и интегрально-дифференциальные уравнения лучистого переноса в газовой среде, запыленной конденсированными частицами, дыма, а также соответствующие условия однозначности.

2.2 В приближенных расчетах допускается процесс развития пожара аварийном помещении условно разделить на два этапа:

а) этап первый - от воспламенения разлитого горючего и нестационарного растекания дыма под потолком аварийного помещения до стабилизации параметров припотолочной струи дыма (образования стационарной припотолочной струи дыма);

б) этап второй - от образования стационарной припотолочной струи дыма до полного выгорания слоя разлитого горючего.

2.3. В начале первого этапа происходит воспламенение разлитого горючего. Высокотемпературные продукты горения, перемешиваясь с воздухом, поднимаются вверх, образуя свободную конвективную струю (конвективную колонку) дыма*. Вовлекаемый в свободную конвективную струю воздух уменьшает температуру и скорость дыма, но площадь поперечного сечения струи и массовый расход дыма через это сечение увеличиваются. Достигнув потолка, конвективная струя растекается в виде припотолочной струи. Ее температура уменьшается за счет тепломассообмена с окружающей средой, строительными конструкциями и т.п. (см. рис. 2.1). При работе системы противодымной защиты определенная часть дыма припотолочной струи удаляется через клапаны воздуховодов.

Температура и размеры припотолочной струи на первом этапе увеличиваются во времени.

* Под дымом понимается смесь с воздухом продуктов полного и неполного сгорания топлива.

2.4. Второй этап пожара характеризуется тем, что параметры припотолочной струи дыма стабилизируются и перестают изменяться во времени. При этом предполагается, что размеры очага горения (площадь разлитого горючего) и скорость выгорания постоянны. Продолжительность второго этапа определяется толщиной слоя горючего и скоростью его выгорания.

2.5. Расчетная область разделяется на ряд характерных зон, в пределах каждой из которых используется интегральный метод решения уравнений сохранения энергии и массы для среднеобъемных параметров газовой среды:

- зона очага пожара;

- зона свободной конвективной струи дыма;

- припотолочной слой (струя) дыма;

- незадымленное пространство в нижней части аварийного помещения.

Рис. 2.1. Схема газообмена при пожаре в аварийном помещении: 1 - воздуховод; 2 -отверстия в воздуховоде для забора дымовых газов с клапанами дымоудаления; 3 - поток дымовых газов; 4 - строительные конструкции (например, железобетонные); 5 - вентилятор; 6 - припотолочная струя дыма; 7 – поток атмосферного воздуха; 8 - разлитое горючее; 9 - зона горения; 10 - ось симметрии.

В рамках принятой модели используются следующие допущения.

1. Массовая скорость газоприхода в припотолочной слой (струю) дыма и энтальпия поступающей в него газовой смеси известны и определяются площадью разлива горючего и скоростью его выгорания;

2. Массовый расход дыма из припотолочного слоя (струи) в воздуховоды дымоудаления также известен и определяется параметрами системы дымоудаления;

3. Газовая смесь, заполняющая зону припотолочного слоя (струи) дыма, находится в состоянии термодинамического равновесия и является идеальным газом с известными термодинамическими и теплофизическими характеристиками;

4. Изменение абсолютного давления по объему припотолочного слоя (струи) дыма пренебрежимо мало;

5. Граница между припотолочным слоем дыма и незадымленной зоной на первом этапе газонепроницаема.

2.6. Параметры припотолочного слоя дыма на первом этапе развития пожара определяются из системы уравнений вида:

                                                                                     (2.1)

                                                                      (2.2)

где:  -текущие значения массы и энтальпии припотолочного слоя дыма;

 - среднеe интегральное значение теплоемкости дыма;

T - температура;

- текущее значение массовой скорости газоприхода в припотолочный слой дыма из конвективной колонки, кг/с;

 - суммарный расход дыма из припотолочного слоя через клапаны воздуховодов системы дымоудаления, кг/с;

I_k - энтальпия газа, поступающего в припотолочный слой дыма;

Q_Σ - суммарная мощность теплоотдачи из припотолочного слоя дыма в строительные конструкции.

Дифференциальные уравнения (2.1), (2.2) следует решать при начальных условиях:

                                                                            (2.3)

где T₀ - начальное значение температуры.

Замыкающими соотношениями к системе уравнений (2.1), (2.2) являются:

- формулы для параметров теплообмена между газовой средой припотолочного слоя дыма и поверхностями ограждающих конструкций;

- уравнение состояния газа, заполняющего припотолочный слой.

2.7. Уравнение состояния для газа, заполняющего припотолочный слой, имеет вид:

pV = MRT,                                                                                                (2.4)

где: р - давление;

V - объем припотолочного слоя дыма;

R - газовая постоянная.

2.8. Из решения системы уравнений (2.1), (2.2) при начальных условиях (2.3) с учетом замыкающих соотношений определяются зависимости от времени массы припотолочного слоя дыма и среднеобъемной температуры в нем. По этим данным из уравнения состояния (2.4) при известном давлении определяются текущие значения объема припотолочного слоя дыма.

2.9. В качестве условий окончания первого этапа развития пожара в аварийном помещении следует применять равенство нулю правых частей уравнения (2.1) и (2.2). Эти условия выполняются после включения и выхода на стационарный режим работы системы дымоудаления и дренчерных установок, а также стабилизации параметров очага горения.

2.10. Для расчета параметров припотолочной струи дыма на второй этапе (на этапе стационарного пожара) используются уравнения сохранения массы и энергии, записанные в системе координат 0Х (см. рис. 2.1) для осредненных по поперечному сечению припотолочной струи параметров в виде:

                                                                               (2.5)

                                             (2.6)

где:  - массовый расход дыма через поперечное сечение припотолочной струи, кг/с;

- приход воздуха через нижнюю границу струи на единицу длины, кг/(м·с);

 - расход дымовых газов, удаляемых из струи через клапаны воздуховодов, на единицу длины, кг/(м·с);

I_в - энтальпия воздуха,

q_Σ - мощность удельных потерь теплоты в ограждающие конструкции;

d_cp, W - толщина струи и ширина аварийного помещения.

Дифференциальные уравнения (2.5), (2.6) решаются при граничных условиях:

                                                                   (2.7)

где: - расход дыма через поперечное сечение свободно-конвективной струи (конвективной колонки) и энтальпия дыма на высоте, равной высоте аварийного помещения:

x₀ - радиус поворотной области конвективной струи.

С учетом уравнения состояния дыма (2.4) из решения системы уравнений (2.5), (2.6) при граничных условиях (2.7) находится распределение по координате X температуры, массового расхода дыма и толщины струи дыма.

2.11. Параметры теплообмена между газовой средой аварийного помещения и поверхностью ограждающих конструкций (в том числе, воздуховодов) определяются по следующим формулам.

Полный тепловой поток к обогреваемой поверхности определяется как сумма лучистой и конвективной составляющих:

Плотность лучистого потока, поглощенного поверхностью конструкции, определяется по формуле:

q_лf  = ε_w(q_R – σT⁴_w).

где q_R - плотность падающего на поверхность лучистого потока.

Плотность падающего лучистого потока зависит от расположения конструкции по отношению к факелу пламени. Наибольшее значение q_R имеет при расположении вертикальной конструкции на оси факела при х = 0, а при ее удалении от оси q_R уменьшается до значения:

где σ = 5,67·10^-8 Вт/(м⁴·К) - постоянная Стефана-Больцмана.

Промежуточные значения q_R при 0 ≤ х ≤ 0,5 D вычисляются с помощью соотношения:

где х - расстояние от оси факела до рассматриваемой поверхности;

D - характерный размер факела.

Плотность падающего теплового потока на элементарные площадки ограждающих поверхностей, удаленные от факела на различные расстояния и произвольно ориентированные по отношению к его оси, для случая оптически прозрачной среды между факелом и поверхностью (слабой задымляемости) рассчитывается с использованием соответствующих угловых коэффициентов облученности:

где φ - угловые коэффициенты облученности (угловые коэффициенты).

Угловые коэффициенты облученности определяются с использованием геометрической схематизации факела пламени в виде излучающей сферы со степенью черноты ε_f и эффективным диаметром D. При этом угловой коэффициент облученности для системы «элементарная площадка dF - излучающая сфера F» (при условии, что с элементарной площадки видна вся сфера) рассчитывается по формуле:

 

где α - угол между нормалью к площадке и линией, соединяющей ее центр с центром сферы;

H = 2h/D - относительное расстояние между центрами площадки и сферы.

Элементарная площадка может располагаться как на стенах, так и на полу или потолке аварийного помещения.

По мере развития пожара размеры факела пламени увеличиваются, и наступает момент, когда площадь его излучающей поверхности становится равной площади поперечного сечения аварийного помещения. Начиная с этого момента, соответствующим образом изменить геометрическую схему расчета угловых коэффициентов облученности: перейти от принятой ранее схемы к схеме «цилиндрический канал с излучающим днищем». В случае этой геометрической схематизации угловой коэффициент облученности между параллельными днищами канала, находящимися на расстоянии x_f друг от друга, рассчитывается по формуле:

где R = r/x_f, x_f - текущее расстояние между фронтом пламени в канале и торцевой ограждающей поверхностью;

 - эквивалентный радиус;

F_k - площадь поперечного сечения канала.

Угловой коэффициент облученности между элементарным кольцом шириной Δх, расположенным на боковой поверхности канала (коридора и т.п.) и излучающим торцом (факелом) определяется из соотношения:

где х_i - координата i-того кольцевого элемента внутренней поверхности канала;

i =1, 2, 3, ...- номер кольцевого элемента, отсчитываемый от фронта пламени до противоположной ограждающей поверхности;

h, b - высота и ширина канала.

На стадии развитого пожара в случае оптически плотной газовой среды плотность результирующего потока излучения к поверхности конструкции в зависимости от локальной температуры среды в окрестности рассматриваемого элемента поверхности рассчитывается по формуле:

где A_f = 1/(1/ε_f + 1/ε_w - 1) - приведенная степень черноты газовой среды и поверхности;

ε_f - интегральный коэффициент излучения газовой среды,

T_f - локальная температура в окрестности рассматриваемого элемента поверхности (на внешней границе теплового пограничного слоя).

В приближенных расчетах допускается интегральный коэффициент излучения газовой среды принимать равным ε_f  = 0,85.

Конвективная составляющая полного теплового потока к обогреваемой поверхности конструкции рассчитывается по закону Ньютона:

q_kf  =  a_f (T_f  - T_w),

где a_f - коэффициент конвективного теплообмена между газовой средой и обогреваемой поверхностью конструкции;

T_f  , T_w - температуры газовой среды и обогреваемой поверхности.

При известных скоростях газовой среды, определяемых в результате расчета динамики развития пожара в аварийном помещении, для коэффициентов теплоотдачи используются эмпирические критериальные формулы и формулы, полученные с помощью интегральных уравнений пограничного слоя. Для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи на поверхности потолка над очагом пожара при 0 < r < r_* применяется следующая формула:

,

где Nu = ar_* /λ - локальное число Нуссельта;

Re = u_* r_*/v - число Рейнольдса;

Rr = v/a = 0,6 число Прандтля;  - безразмерная координата.

Входящие в эту формулу характерные значения координаты и скорости определяются по формулам:

где z_max - координата точки, в которой температура факела максимальна;

h - высота помещения;

w_z0 - скорость набегающего на лобовую точку потока.

Для продольно обтекаемых участков поверхности стен используются формулы вида:

а) для ламинарного пограничного слоя

б) для турбулентного пограничного слоя

где  - среднее число Нуссельта;

 - средний коэффициент теплоотдачи;

l - характерный размер вдоль потока газа;

Re = wl /v - число Рейнольдса;

Pr = μc_p /λ - число Прандтля;

w - средняя скорость газа над поверхностью стены;

v, μ - кинематическая и динамическая вязкость газа.

На участках вертикальных поверхностей ограждений, где движение газа обусловлено главным образом действием массовых сил, используются формулы, полученные в теории теплоотдачи при свободном движении газа:

а) для ламинарного пограничного слоя (Gr·Pr ≤ 10⁹)

 

б) для турбулентного пограничного слоя (Gr·Pr >10¹⁰)

где  - среднее число Нуссельта;

 - число Граcгофа;

g - ускорение свободного падения;

β - коэффициент объемного расширения;

l - высота ограждения;

T- средняя температура газа;

Т_w - средняя температура стенки (ограждения).

В приближенных расчетах допускается коэффициент конвективного теплообмена между газовой средой и обогреваемой поверхностью конструкции принимать равным a_f = 29 Вт/(м²·К).

3. Расчет нестационарной теплопередачи через обогреваемые и необогреваемые стенки воздуховода с огнезащитой.

3.1. Для расчета нестационарной теплопередачи через стенки воздуховода с огнезащитой следует использовать дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к расчетным схемам, показанными на рис. 1.1, 2.1.

Дифференциальное уравнения нестационарной теплопроводности, записанное в системе координат 0XY имеет вид:

                                              (3.1)

Дифференциальное уравнение (3.1), следует решать при следующих краевых условиях: начальное условие:

Т(х,у,0) = Т₀ = const,                                                                                (3.2)

условия на обогреваемых поверхностях:

                                                                                       (3.3)

условия на границах между материалами с различными теплофизическими характеристиками:

                                                                              (3.4)

                                                                 (3.5)

условия на оси (плоскости) симметрии расчетной области:

                                                                                             (3.6)

условия на границе между зоной конденсации и непроницаемой поверхностью (зоной насыщенного водой материала):

а) для периода конденсации

                                            (3.7)

б) для периода испарения

                                                   (3.8)

условия на необогреваемой поверхности:

                                                                                   (3.9)

В формулах (3.1) - (3.9) использованы следующие обозначения:

С - объемная теплоемкость материала, учитывающая тепловой эффект термического разложения;

T - температура;

t - время;

х, у - координаты;

λ_х - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0Х;

 - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У, учитывающая выделение теплоты при конденсации и поглощение теплоты при фильтрации;

п - нормаль к поверхности;

r - тепловой эффект фазового перехода «вода - пар»;

 - плотность потока пара при конденсации и испарении;

у_с - координата границы между зоной конденсации и непроницаемой поверхностью (зоной насыщенного водой материала);

х_w, у_w - координаты границ обогреваемых поверхностей конструкции;

х_гр, y_гр - координаты границ между слоями из материалов с различными теплофизическими характеристиками или границ полости;

х_х, у_х - координаты границ необогреваемых поверхностей конструкции;

q_Σe - полный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху и ограждающим конструкциям помещения, смежного с аварийным помещением (пожарным отсеком).

В уравнении (3.1) показатель степени n равен 1 в случае осевой симметрии расчетной области и 0 - в случае плоской симметрии расчетной области.

3.2. Объемная теплоемкость материала, учитывающая тепловой эффект термического разложения, определяется по формуле:

                                                          (3.10)

где φ - пористость материала;

ρ' - плотность каркаса (скелета);

с' - теплоемкость каркаса;

ρ_o - объемная плотность материала в исходном состоянии;

К - массовая доля конденсированного остатка в продуктах термического разложения материала,

Q_Σ - тепловой эффект процесса термического разложения;

x - степень завершенности процесса термического разложения.

3.3. Эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У, учитывающая выделение теплоты при конденсации и поглощение теплоты при фильтрации, определяется по формуле:

                                    (3.11)

где λу - эффективная теплопроводность материала в направлении оси 0У;

K_D - коэффициент диффузии пара в пористом проницаемом материале;

р_s(Т) - давление насыщения;

 - плотность потока пара;

 - средняя теплоемкость пара;

у_s -координата изотермы испарения;

у₀ -координат линии растекания пара.

3.4. Плотность потока пара в зоне конденсации рассчитывается по формуле:

                                           (3.12)

Координата линии растекания пара* определяется из соотношения:

                                                           (3.13)

*Одна часть выделяющегося в зоне дегидратации пара движется от линии растекания в сторону обогреваемой поверхности, а другая - в противоположном направлении, в зону конденсации.

Плотность потока пара в зоне дегидратации определяется из соотношений:

а) для потока пара, направленного в зону конденсации:

                                     (3.14)

б) для потока пара, направленного в сторону обогреваемой поверхности:

                                    (3.15)

3.5. Эффективная теплопроводность материала в направлении осей 0Х и 0У, а также плотность и теплоемкость каркаса, определяется экспериментально или расчетом по составу и свойствам компонентов материала.

Параметры процесса термического разложения материала (T_нр, x, К) и тепловой эффект этого процесса (Q_Σ) определяются экспериментально методами термогравиметрии и дифференциально-термического анализа.

В приближенных расчетах допускается использовать линейные аппроксимации температурных зависимостей эффективной теплоемкости и теплопроводности материала, неявно учитывающие его термическое разложение.

3.6. Полный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху и ограждающим конструкциям помещения, смежного с аварийным помещением (пожарным отсеком), определяется из соотношения:

q_Σe = q_ke + q_ле                                                                                           (3.16)

Конвективный тепловой поток от необогреваемой поверхности к воздуху смежного помещения рассчитывается по формуле:

q_ke = a_e (T_x – T_e).                                                                                      (3.17)

где a_e - коэффициент естественно-конвективного теплообмена между не обогреваемой поверхностью конструкции и воздухом смежного помещения;

T_x, T_e - температуры не обогреваемой поверхности и воздуха смежного помещения.

Коэффициент естественно-конвективного теплообмена между необогреваемой поверхностью конструкции и воздухом смежного помещения рассчитывают по формуле:

                                                                                   (3.18)

Результирующий поток излучения от необогреваемой поверхности конструкции площадью F_x к ограждающим поверхностям смежного помещения суммарной площадью F_o рассчитывается по формуле:

                                                                               (3.19)

где T_o - температура ограждающих поверхностей смежного помещения.

Приведенная степень черноты обменивающихся излучением поверхностей в данном случае определяется из соотношения:

                                                              (3.20)

где е_х, е_o - степени черноты необогреваемой поверхности рассматриваемой конструкции и ограждающих поверхностей смежного помещения.

3.7. Для расчета теплоотдачи от внутренней поверхности канала дымоудаления (воздуховода) к потоку дымовых газов, движущихся внутри него, используются формулы (4.4) - (4.7).

3.8. Дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности в обогреваемой стенке воздуховода с огнезащитой связано соответствующими граничными условиями с дифференциальными уравнениями сохранения энергии в аварийном помещении, приведенными в п.2.

4. Расчет изменения температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода (канала дымоудаления), по его длине.

4.1. Локальная среднемассовая температура газа в сечении воздуховода, расположенном на расстоянии x от входа в воздуховод следует определять из решения квазистационарного уравнения сохранения энергии в газовом потоке, которое применительно к расчетным схемам рис. 1.1, 2.1 представляется в виде

                                                    (4.1)

где  - энтальпия дымовых газов;

 - средне интегральная теплоемкость дымовых газов;

 - массовый расход дымовых газов через сечение;

 - объемный расход дымовых газов;

 - плотность дымовых газов:

T_n - температура газов на входе в воздуховод за клапаном дымоудаления;

 - массовый газоприход через п-ый клапан дымоудаления;

b_n - ширина отверстия п-го клапана дымоудаления;

q_Σ - плотность суммарного конвективно-лучистого теплового потока, поступающего от внутренней поверхности стенок к потоку дымовых газов;

q_c - плотность суммарного теплового потока от дымовых газов к необогреваемой поверхности стенок воздуховода;

П_с - необогреваемый периметр сечения воздуховода;

П_q - обогреваемый периметр сечения воздуховода;

х - продольная координата.

4.2. Зависимость расхода дымовых газов через сечение воздуховода от координаты х определяется на основании закона сохранения массы, представленного в виде:

                                                                                           (4.2)

4.3. Интеграл уравнения (4.2) в случае расчетной схемы рис. 2.1 представляется в виде:

               (4.3)

где Т_вх(х) - температура газов на входе в воздуховод;

1_∂0 - энтальпия газов на входе в воздуховод за клапаном дымоудаления, расположенным в центре дымовой зоны;

 - газоприход через клапан дымоудаления, расположенный в центре дымовой зоны;

V₀ - значение газоприхода через клапан удаления, расположенный в центре дымовой зоны;

V_m - максимальное значение расхода через сечение воздуховода на краю дымовой зоны;

l₁ - длина дымовой зоны.

4.4. Плотность суммарного (конвективно-лучистого) теплового потока, поступающего от внутренней поверхности стенок к потоку дымовых газов q_Σ  определяется по формуле:

q_Σ = a_Σ [T_∂ (x) – T_y0 (x)],                                                                          (4.4)

где a_Σ - суммарный коэффициент теплообмена;

T_∂, T_y0 - температуры дымовых газов и внутренней поверхности воздуховода.

4.5. Суммарный коэффициент теплообмена определяется из соотношения:

                                                       (4.5)

4.6. Коэффициент конвективного теплообмена рассчитывается по формуле:

                                               (4.6)

где Nu = a_внd_э/λ_∂ - число Нуссельта;

λ_∂ - теплопроводность дымовых газов;

Re = v d_э/ v - число Рейнольдса;

v - средняя скорость потока;

Рr_w - число Прандтля при температуре стенки;

 - поправки, учитывающие кривизну канала дымоудаления и шероховатость его стенок.

4.7. Коэффициент лучистого теплообмена между внутренней поверхностью воздуховода и движущимися внутри него дымовыми газами определяется из соотношения;

А_вн = 1/(1/ε_вн + 1/ε_w - 1);                                                                           (4.7)

где ε_вн - коэффициент излучения газа, заполняющего внутреннюю полость воздуховода;

ε_w - степень черноты поверхности.

Изменение температуры дымовых газов перед вентилятором в зависимости от времени определяется «сквозным» теплотехническим расчетом от входа в канал дымоудаления до вентилятора для различных моментов времени от начала пожара.

5. Расчет теплопередачи от дымовых газов к железобетонным строительным конструкциям через не обогреваемые стенки металлического воздуховода и воздушную прослойку.

5.1. При расчете теплопередачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям через не обогреваемые стенки воздуховода и воздушную прослойку между ними допустимо принимать;

а) распределение температуры по толщине стальной стенки воздуховода равномерным;

б) теплопередачу через воздушную прослойку происходящей в квазистационарном режиме;

в) толщину железобетонных конструкций существенно больше толщины их прогретого слоя.

5.2. Распределение температуры по толщине железобетонных конструкций находится из решения дифференциального уравнения с краевыми условиями вида (см. расчетную схему рис. 5.1):

                                                                                (5.1)

Т(у,0) = Т₀ = const;                                                                                 (5.2)

                                                                       (5.3)

                                                                                           (5.4)

где с, ρ - теплоемкость и плотность бетона;

λ - теплопроводность бетона;

a_c = k_δ·a'_c. - эффективный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям, учитывающий термическое сопротивление воздушной прослойки;

Т_∂, Т_с - температуры дымовых газов и поверхности железобетонных конструкций.

5.3. Коэффициент k_δ рассчитывается по формуле:

                                                                            (5.5)

где  - коэффициент суммарной теплоотдачи от дымовых газов к поверхности стенки воздуховода;

δ_n - толщина воздушной прослойки между необогреваемыми стенками воздуховода и железобетонными конструкциями;

λ_n - эффективная теплопроводность воздушной прослойки, учитывающая естественную конвекцию воздуха и лучистый теплообмен между стенками воздуховода и поверхностью железобетонных конструкций.

Рис.5.1. Расчетная схема теплопередачи через необогреваемую стенку воздуховода дымоудаления в железобетонные ограждающие конструкции через воздушную прослойку: 1 - стальная стенка воздуховода; 2 - воздушная прослойка между стенкой воздуховода и железобетонной ограждающей конструкцией; 3 - железобетонная строительная конструкция; Т_д - температура дымовых газов в рассматриваемом сечении расчетной области; а'_с - суммарный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхности стенки; а_с - эффективный коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхности железобетонной конструкции, учитывающий термическое сопротивление воздушной прослойки; λ_n - эффективная теплопроводность воздушно прослойки, учитывающая естественную конвекцию воздуха и лучистый теплообмен между поверхностями стенки воздуховода и железобетонной конструкции; Т_o , Т_с - температуры стенки и поверхности железобетонной конструкции; Т(у, t) - профиль температуры в бетонной конструкции.

5.4.Расчет текущих значений температуры необогреваемых стенок воздуховода проводится с помощью полученной из решения краевой задачи (5.1) - (5.4) формулы вида:

                                                                                      (5.6)

где  - число Био воздушной прослойки.

5.5. Температура поверхности железобетонных конструкций рассчитывается по формуле:

                                                                  (5.7)

где  -безразмерное время.

5.6. Тепловой поток от дымовых газов к необогреваемым стенкам воздуховода определяется из соотношения:

                                                                                       (5.8)

5.7. Коэффициент суммарной теплоотдачи от дымовых газов к поверхности необогреваемой стенки воздуховода рассчитывается по формуле:

                                                        (5.9)

5.8. Для расчета a_вн и А_вн используются формулы (4.5) - (4.7).

6. Расчет теплоотдачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям канала дымоудаления

6.1. В тех случаях, когда канал дымоудаления проложен внутри железобетонных конструкций или когда часть его стенок выполнена из железобетона, краевая задача нестационарной теплопроводности в железобетонных конструкциях канала формулируется в виде :

                                                                                (6.1)

Т(у,0) = Т₀ = const;                                                                                 (6.2)

                                                                        (6.3)

                                                                                            (6.4)

где с, ρ - теплоемкость и плотность бетона;

λ - теплопроводность бетона;

а_с - коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям;

Т_∂, Т_с - температуры дымовых газов и поверхности железобетонных конструкций.

6.2. Расчет текущих значений температуры поверхности железобетонных конструкций, являющихся в рассматриваемом случае необогреваемыми стенками воздуховода, проводится с использованием полученной из решения краевой задачи (6.1) - (6.4) формулы вида:

                                                                  (6.5)

где  - безразмерное время.

6.3. Расчет теплового потока от дымовых газов к необогреваемым стенкам воздуховода проводится по формуле:

                                                                                      (6.6)

6.4. Коэффициент суммарной теплоотдачи от дымовых газов к поверхности необогреваемой стенки воздуховода рассчитывается по формуле:

                                                     (6.7)

6.5. Приведенные выше формулы для теплового потока от дымовых газов к железобетонным стенкам канала используются при численном решении уравнения (4.1).

С учетом малости градиента температуры вдоль ограждающей конструкции по сравнению с градиентом в поперечном направлении, а также малости толщины прогретого слоя бетона по сравнению с толщиной железобетонных конструкций.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 (обязательное)

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ ВОЗДУХОВОДОВ С ОГНЕЗАЩИТОЙ

1. Общие положения

1.1. За предел огнестойкости воздуховода принимается время от начала огневого воздействия на воздуховод до возникновения одного из предельных состояний.

Предельными состояниями воздуховода прямоугольного сечения на участках, нагруженных внешним давлением, являются:

а) потеря прочности - превышение максимальным действующим напряжением предельного значения, равного пределу текучести материала стенки при данной температуре;

б) потеря жесткости - превышение максимальным относительным прогибом стенки* предельного значения, равного 0,1;

*Относительный прогиб стенки воздуховода равен отношению прогиба к ширине стенки.

в) уменьшение площади проходного сечения воздуховода вследствие прогиба его стенок до предельного значения (F_нач – F_деф) / F_нач = 0,1 (F_нач, F_деф - значения площади проходного сечения воздуховода до и после деформации).

Предельными состояниями воздуховода прямоугольного сечения на участках, нагруженных внутренним давлением, являются:

а) потеря прочности - превышение максимальным действующим напряжением предельного значения, равного пределу текучести материала стенки при данной температуре;

б) потеря жесткости - превышение максимальным относительным прогибом стенки предельного значения, равного 0,1.

Предельными состояниями воздуховода круглого сечения на участках (секциях), нагруженных внешним давлением, являются:

а) потеря прочности - превышение максимальным действующим напряжением предельного значения, равного пределу текучести материала стенки при данной температуре;

б) потеря устойчивости - резкое изменение формы при превышении действующей нагрузкой критического уровня соответствующего данной температуре.

Предельным состоянием воздуховода круглого сечения на участках (секциях), нагруженных внутренним давлением, является потеря прочности - превышение максимальным действующим напряжением предельного значения, равного пределу текучести материала стенки при данной температуре.

1.2. Расчет предела огнестойкости воздуховода с огнезащитой по потере несущей способности состоит из двух частей: теплотехнической и статической.

В теплотехнической части вычисляется распределение температуры по толщине стенки воздуховода с огнезащитой в различных сечениях по его длине для различных моментов времени от начала огневого воздействия по заданному режиму.

В статической части расчета определяются параметры напряженно-деформированного состояния воздуховода при совместном воздействии на его стенки перепада давления и температуры.

При проведении статического расчета учитывается снижение упругости стали при нагреве.

1.3. Распределение температуры по толщине стенки воздуховода с огнезащитой в различных сечениях по его длине для различных моментов времени от начала огневого воздействия по заданному режиму рассчитывается по методике раздела I.

1.4. Статические расчеты воздуховодов различного конструктивного исполнения проводятся по методикам п.п. 2-4.

1.5. Расчет перемещений воздуховода в зонах компенсаторов теплового расширения проводится по методике п. 5.

1.6. Общая расчетная схема воздуховода дымоудаления из подземного гаража-автостоянки показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Расчетная схема воздуховодов системы дымоудаления из подземного гаража-автостоянки: 1 - зона горения; 2 - воздуховод; 3 - отверстия с клапанами для забора дымовых газов; 4 - вентилятор; 5 - сборный воздуховод; Т_f - температура газовой среды, воздействующей на воздуховод; Δр - перепад давления на стенках воздуховода; Н - напор, создаваемый вентилятором дымоудаления; Т_∂ - температура дымовых газов; Т_в - температура воздуха.

2. Статический расчет металлических воздуховодов прямоугольного сечения, не имеющих подкрепления стенок

2.1. Для расчёта параметров напряжённо-деформированного состояния стенок воздуховодов прямоугольного сечения, не имеющих элементов усиления на гранях, следует использовать схему «гибкая пластина, шарнирно опёртая по контуру». Эта расчётная схема последовательно применяется для каждой из граней рассматриваемой конструкции, имеющей форму параллелепипеда.

Статическая расчётная схема для случая нагружения рассматриваемой конструкции внешним давлением показана на рис. 2.1.

Рис.2.1. Геометрические характеристики (а), схема нагружения (б) и расчётная схема (в) воздуховода прямоугольного сечения для случая действия на его стенки внешнего давления.

2.2. Стрела прогиба в центре стенки воздуховодов, нагруженной равномерно распределённым по поверхности давлением р, определяется из уравнения:

                                       (2.1)

где:  - безразмерный параметр прогиба.

f - прогиб,

δ - толщина пластины;

μ - коэффициент Пуассона материала пластины;

 - удлинение пластины (а>b);

 - безразмерный параметр нагрузки,

Δр - перепад давления на стенке.

Е(Т) - модуль упругости материала пластины, сниженный с учётом нагрева.

Уравнение (2.1) описывает деформирование большей грани конструкции размерами (axb). Формальной заменой b на с из него получается соответствующее уравнение для меньшей грани конструкции, имеющей размеры (ахс).

2.3. Зависимость модуля упругости от температуры аппроксимируется формулой вида:

Е(Т) = Е₀β(Т)v(Т),                                                                                   (2.2)

где: Е₀ - нормативное значение модуля упругости при начальной температуре,

β(Т) - коэффициент, учитывающий снижение модуля упругости,

v(Т) - коэффициент, учитывающий упругопластическое поведение материала.

Значения β(Т), v(Т) для стали принимаются по таблице 2.1.

2.4. Решение трансцендентного уравнения (2.1) производится численно, методом половинного деления, для ряда значений температуры из диапазона, характерного для условий пожара. В результате решения находится зависимость максимального прогиба грани от температуры.

2.5. Значения растягивающих мембранных напряжений в срединной поверхности грани , имеющих наибольшую абсолютную величину у кромок (x = 0, а) и по средней линии грани (х = a/2), рассчитываются по формуле:

                                                                      (2.3)

2.6. Для расчета максимальных значения напряжений изгиба, действующих в центре грани, используется формула:

                                                    (2.4)

2.7. Максимальные значения суммарных напряжений определяются по формуле:

                                                                        (2.5)

2.8. Значения критической температуры металла стенок воздуховода в случае нагружения его внешним давлением определяются из условий потери прочности и жёсткости конструкции, математические выражения которых имеют вид:

                                                                                (2.6)

                                                                                         (2.7)

где: Т_kp - критическая температура стали;

σ_пр - нормативное сопротивление стали (предел текучести), сниженное с учётом нагрева;

- максимальный относительный прогиб грани.

2.9. Зависимость нормативного сопротивления материала стенки от температуры аппроксимируется формулой вида:

                                                                                    (2.8)

где σ_пр0 - нормативное сопротивление материала стенки при начальной температуре;

γ(T) - коэффициент, учитывающий снижение нормативного сопротивления.

Значения γ(T) для стали принимаются по таблице 2.1.

2.10. В результате расчета по формулам (2.6) - (2.8) определяются два значения критической температуры, соответствующие различным критериям. В качестве расчётного значения выбирается наименьшее из них.

3. Статический расчет металлических воздуховодов прямоугольного или трапецеидального сечения, имеющих подкрепления стенок стержневыми элементами (прокатными профилями)

3 1 Расчет параметров напряженно-деформированного состояния металлических воздуховодов прямоугольного или трапецеидального сечения, имеющих подкрепления стенок стержневыми элементами (прокатными профилями) следует проводить применительно к расчетной схеме «тонкостенный короб с рёбрами жёсткости».

Силовое нагружение задается в виде давления, равномерно распределенного по граням воздуховода.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

3.2. В связи с тем, что воздуховоды такого типа являются статически неопределимыми конструкциями сложной структуры, для их расчёта следует использовать численный метод конечных элементов (МКЭ).

Согласно МКЭ, рассчитываемая конструкция мысленно разбивается на фрагменты конечного размера (конечные элементы), взаимодействующих друг с другом в конечном числе точек - узлов конечно-элементной сетки.

3.3. Значительная податливость стенок в направлении нормали к их поверхности приводит к необходимости использовать для расчётов рассматриваемых конструкций на прочность и жёсткость геометрически нелинейную модель, так как зависимость их перемещений от приложенных нагрузок, как правило, существенно нелинейная.

3.4. Разрешающие соотношения МКЭ получаются при допущениях о равномерном распределении температуры по толщине стальной стенки и несущественном влиянии жёсткости слоя огнезащиты на общую жёсткость конструкции.

3.5. Для математического описания рассматриваемых конструкций вводятся следующие типы конечных элементов:

а) балочный элемент, работающий на растяжение-сжатие, поперечный изгиб и кручение;

б) элемент плоской пластины, работающий на растяжение-сжатие, изгиб и кручение.

С использованием этих типов конечных элементов в различных сочетаниях удаётся построить математические модели любых конструкций воздуховодов прямоугольного (трапецеидального) сечения, встречающихся в практике проектирования.

При построении конечно-элементной модели конструкции учитываются:

- неравномерность прогрева контуров сечений воздуховодов;

- физическая нелинейность материалов конструкции;

- возникновение температурных напряжений.

Разбиение исследуемой конструкции на конечные элементы производится с учётом достижения необходимой точности численного расчёта. Шаг разбиения уменьшается в местах резкого изменения формы конструкции, вблизи опор и рёбер жесткости, а также в местах возможного возникновения пластических шарниров.

3.6. Зависимость модуля упругости от температуры определяется формулой (2.2).

Зависимость нормативного сопротивления материала стенки от температуры определяется формулой (2.8).

За предел огнестойкости воздуховода принимается время от начала огневого воздействия на воздуховод до возникновения одного из предельных состояний по п. 1.2.

3.7. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости металлических воздуховодов прямоугольного или трапецеидального сечения, имеющих подкрепления стенок стержневыми элементами (прокатными профилями), рекомендуется использовать созданные НПКЦ «Интерсигнал» пакеты прикладных программ, разработанные в соответствии с данной методикой применительно к IBM-совместимым компьютерам и удовлетворяющие современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

Таблица 2.1.

Температурные зависимости коэффициентов условий работы стали.

4. Статический расчет металлических воздуховодов круглого сечения

4.1. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния металлических воздуховодов круглого сечения следует проводить применительно к расчетной схеме «тонкостенная цилиндрическая оболочка».

Силовое нагружение задается в виде давления, равномерно распределенного по поверхности конструкции.

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

4.2 Работоспособность оболочечных конструкций при действии на них избыточного внешнего давления определяется, помимо прочности и жёсткости, их способностью сохранять устойчивость при действии внешнего давления. Разрушение конструкции может происходить от потери устойчивости, вызываемой действием силовых и/или температурных нагрузок, что определяет необходимость использования геометрически нелинейной модели.

Для расчёта конструкций такого типа следует использовать численный метод конечных элементов (МКЭ).

4.3. Разрешающие соотношения МКЭ получаются при допущениях о равномерном распределении температуры по толщине стальной стенки и несущественном влиянии жесткости слоя огнезащиты на общую жёсткость конструкции.

4.4. Для математического описания рассматриваемых конструкций вводится конечный элемент классической цилиндрической оболочки.

При построении конечно-элементной модели конструкции учитываются:

- неравномерность прогрева контуров сечений воздуховодов;

- физическая нелинейность материалов конструкции;

- возникновение температурных напряжений.

Разбиение исследуемой конструкции на конечные элементы производится с учётом достижения необходимой точности численного расчёта.

4.5. Зависимость модуля упругости от температуры определяется формулой (2.2).

Зависимость нормативного сопротивления материала стенки от температуры определяется формулой (2.8).

За предел огнестойкости воздуховода принимается время от начала огневого воздействия на воздуховод до возникновения одного из предельных состояний по п. 1.1.

4.6. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости металлических воздуховодов круглого сечения рекомендуется использовать созданные НПКЦ «Интерсигнал» пакеты прикладных программ, разработанные в соответствии с данной методикой применительно к IBM-совместимым компьютерам и удовлетворяющие современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

5. Расчет перемещения воздуховодов в зонах компенсаторов теплового расширения

5.1. Перемещения воздуховодов в зонах компенсаторов теплового расширения рассчитываются по формуле:

                                                                                   (5.1)

где: а - коэффициент линейного температурного расширения стали,

Т - температура в текущем сечении воздуховода,

х - координата, отсчитываемая вдоль оси воздуховода от его неподвижной опоры;

l - длина участка от неподвижной опоры воздуховода до компенсатора теплового расширения.

Значения коэффициентов линейного температурного расширения стали в зависимости от температуры нагрева приведены в табл. 5.1.

5.2. При расчете перемещений воздуховодов, обусловленных их тепловым расширением в условиях пожара, следует учитывать фактическую длину участков воздуховода между неподвижной опорой и компенсатором теплового расширения, а также расположение этих участков относительно центра пожарного отсека и сложный характер изменения температуры дымовых газов по их длине.

Таблица 5.1.

Температурная зависимость коэффициента линейного температурного расширения стали

5.3. Интегрирование по формуле (5.1) проводится численно, с использованием распределений температур по поверхности стенок воздуховода, рассчитываемых в теплотехнической части задачи по методике раздела I.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 (обязательное)

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОГНЕЗАЩИТЫ ВОЗДУХОВОДОВ

1. Параметры огнезащиты выбранного варианта, необходимой для обеспечения требуемого (нормативного) предела огнестойкости каждого конкретного воздуховода определяется из условия:

П_ф ≥ П_тр,                                                                                                  (1)

где: П_ф - фактический предел огнестойкости воздуховода с огнезащитой;

П_тр - требуемое (нормативное) значение предела огнестойкости.

2. Требуемые (нормативные) пределы огнестойкости воздуховодов определяются по СНиП, МГСН, Техническим условиям.

3. Требуемые толщины огнезащиты воздуховода определяются взаимосвязанными теплотехническим и статическим расчетами с использованием условия (1).

Теплотехнический расчет воздуховода проводится по методике раздела I. В результате теплотехнического расчета находят текущие распределения по длине воздуховода температуры газов, движущихся внутри него, и температурное поле в стенке воздуховода.

Статический расчет воздуховода проводится по методикам раздела II. В результате статического расчета определяют перемещения стенок воздуховода и действующие в них напряжения в различные моменты времени от начала огневого воздействия, а также оценивается возможность потери устойчивости цилиндрических стенок.

По этим данным определяется фактический предел огнестойкости воздуховода.

4. При использовании понятия «критическая температура» металла, толщина огнезащиты металлических воздуховодов определяется теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой стенки воздуховода критического значения в конце огневого воздействия в течение времени, равного требуемому пределу огнестойкости.

5. Критическая температура металла воздуховода определяется по признакам предельных состояний, сформулированным в разделе I, статическим расчетом при допущении о равномерном распределении температуры по толщине металлической стенки воздуховода в каждый момент времени.

Расчет критической температуры металла проводится методом последовательных приближений. На каждом из приближений вначале задаются температурой конструкции. Затем проводится статический расчет конструкции, в результате которого определяются параметры ее напряженно-деформированного состояния. По этим данным проверяется выполнение условий предельного состояния конструкции. Если условия предельного состояния не выполняются, то делается вывод о том, что заданная температура ниже критической, и расчет повторяется при большей температуре конструкции. Итерационный процесс завершается при достижении наперед заданной точности.

6. Необходимые для расчета характеристики огнезащитных составов (материалов) определяются разработчиком проекта (за исключением группы огнезащитной эффективности). Методика определения характеристик материалов должна соответствовать используемым методикам теплотехнического и статического расчетов.

7. При расчетах огнезащиты воздуховодов следует также учитывать ограничение на превышение температурой поверхности воздуховода, проходящего транзитом через неаварийные помещения, критического значения, определяемого из условий пожарной безопасности. Предельные значения температуры на необогреваемых поверхностях воздуховода и узла пересечения воздуховодом ограждающих строительных конструкций следует принимать по данным НПБ 239-97.

8. При расчетах огнезащиты воздуховодов следует также учитывать влияние последней на перемещения воздуховода в зонах компенсаторов теплового расширения.

Расчет перемещений воздуховода в зонах компенсаторов теплового расширения проводится по методике раздела II.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 (обязательное)

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОГНЕЗАЩИТЫ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ ВОЗДУХОВОДОВ К СТРОИТЕЛЬНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ

1. Общие положения

1.1- В состав узлов крепления воздуховодов к железобетонным строительным конструкциям входят:

- элементы подвески (тяги, кронштейны и т.п.);

- ботовые соединения этих элементов с бетоном (как правило, на болтах «Хилти») или соединения сваркой со стальными закладными деталями, устанавливаемыми в бетонную конструкцию при ее формовании.

1.2. Расчет толщины огнезащиты выбранного варианта, необходимой для обеспечения требуемого (нормируемого) предела огнестойкости каждой конкретной конструкции, производится из условия:

П_ф ≥ П_тр,                                                                                                  (1.1)

где: П_ф - фактический предел огнестойкости рассматриваемой конструкции с огнезащитой;

П_тр - требуемое (нормативное) значение предела огнестойкости.

1.3 За предел огнестойкости конструкции принимается время от начала огневого воздействия на ее обогреваемую поверхность до возникновения предельного состояния.

За предельное состояние узла крепления принимается:

а) потеря прочности элементами подвески (тягами, кронштейнами и т.п.) - превышение максимальным действующим напряжением предельного значения, равного пределу текучести материала подвески при данной температуре:

б) потеря прочности на срез болтового соединения элементов подвески с железобетонной конструкцией - превышение максимальной действующей поперечной силой предельного значения, сниженного с учетом температуры нагрева стали;

в) потеря прочности болтового соединения на вырыв из бетона - превышение температурой бетона в зоне соединения критического значения, равного 450 °С*

* В соответствии с рекомендациями МДС 21-2.2000

1.4. Требуемые толщины выбранного средства огнезащиты узлов крепления определяются взаимосвязанными теплотехническим и статическим расчетами с использованием условия (1.1).

1.5. В тех случаях, когда для определения предела огнестойкости металлических элементов подвески используются понятия «приведенная толщина» и «критическая температура» металла, толщина выбранного средства огнезащиты определяется теплотехническим расчетом из условия непревышения температурой защищаемой конструкции критического значения в конце огневого воздействия в течение времени, равного требуемому пределу огнестойкости конструкции.

Критическая температура металла рассматриваемой конструкции определяется из условия потери конструкцией несущей способности путем статического расчета при следующих допущениях:

а) в каждый момент времени температура распределена по сечению конструкции равномерно,

б) предельным состоянием конструкции является состояние, при котором напряжение, действующие в наиболее удаленных от нейтральной оси точках, достигают предела текучести материала.

1.6. При использовании понятий «критическая температура» и «приведенная толщина» металла для определения пределов огнестойкости температурное поле в системе «огнезащита - конструкция» рассчитывается по одномерной расчетной схеме «двухслойная пластина». В качестве граничного условия на необогреваемой поверхности пластины используется условие идеальной теплоизоляции этой поверхности.

Толщина металлического (защищаемого) слоя пластины принимается равной приведенной толщине металла рассматриваемой конструкции (стержня произвольной формы сечения), которая определяется по формуле:

Δ = А/Р,                                                                                                    (1.2)

где: А - площадь поперечного сечения металлического стержня;

Р - обогреваемый периметр стержня.

Предел огнестойкости элементов конструкции устанавливается по времени (в мин.) от начала обогрева до момента прогрева соответствующей ему пластины приведенной толщины до критической температуры.

1.7. Необходимые для расчета характеристики огнезащитных составов (материалов) согласно НПБ 236-97 (п 4.10) определяются разработчиком проекта (за исключением группы огнезащитной эффективности). Методика определения характеристик материалов должна соответствовать используемым методикам теплотехнического и статического расчетов.

2. Теплотехнический расчет узлов крепления воздуховодов с огнезащитой

2.1. Распределение температуры в рассматриваемых сечениях конструкции в различные моменты времени от начала огневого воздействия следует определять путем численного решения приведенных в разделе I дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности с соответствующими краевыми условиями и замыкающими соотношениями применительно к типовым расчетным схемам, показанным на рис. 2.1-2.5.

Рис. 2.1. Расчетная схема теплопередачи через стенку воздуховода системы дымоудаления в зоне примыкания к ней элементов подвески (случай прохода воздуховода транзитом через неаварийное помещение): а) углового профиля; б) стального стержня; 1 - стальная стенка; 2 - угловой профиль, 3 - огнезащитное покрытие; 4 - стальной стержень.

Здесь и в дальнейшем римскими цифрами I.....IV обозначены точки расчетной области, для которых строятся зависимости температуры от времени.

Рис. 2.2. Расчетная схема теплопередачи в зоне примыкания кронштейна (нижней опоры воздуховода) к железобетонным конструкциям аварийного помещения (случай, когда воздуховод находится внутри аварийного помещения): 1 - бетон; 2 - стальная закладная деталь; 3 -стальной элемент кронштейна; 4 - огнезащитное покрытие; 5 - ось симметрии; T_f - температура газовой среды аварийного помещения.

Рис. 2.3. Расчетная схема теплопередачи в зоне примыкания к нижней стенке воздуховода кронштейна неподвижной опоры (случай, когда воздуховод находится внутри аварийного помещения): 1 - внутренняя полость воздуховода; 2 - стенка воздуховода; 3 - огнезащитное покрытие; 4 - стальной элемент кронштейна; 5 - швеллер; 6 - ось симметрии; Т_∂ - температура дымовых газов, движущихся внутри воздуховода; T_f - температура газовой среды аварийного помещения.

Рис. 2.4. Расчетная схема теплопередачи в зоне примыкания к стенке венткороба вертикальной стальной полосы крепления воздуховода (случай, когда воздуховод находится внутри аварийного помещения): 1 - внутренняя полость воздуховода; 2 - стенка воздуховода; 3 - огнезащитное покрытие; 4 - поперечное сечение стальной полосы; 5 - ось симметрии; Т_∂ - температура дымовых газов, движущихся внутри воздуховода; T_f - температура газовой среды аварийного помещения.

Рис.2.5. Расчетная схема теплопередачи в зоне присоединения стальных элементов канала дымоудаления к железобетонным конструкциям аварийного помещения (случай, когда воздуховод находится внутри аварийного помещения): 1 - бетон; 2 - огнезащитное покрытие; 3 - стальная стенка канала дымоудаления; 4 - стальной уголок; 5 - прокладка из картона асбестового; 6 -стальная полоса; 7 - анкер-шпилька; 8 - прокладка фторопластовая.

Римскими цифрами I, II...IV на схеме обозначены характерные точки расчетной области, для которых строятся расчетные зависимости температуры от времени.

Примечания:

1) В случае расчетной схемы рис. 2.1 на рассматриваемый фрагмент узла крепления с одной стороны действуют дымовые газы, движущиеся внутри воздуховода, а с другой - воздух, имеющий нормальную температуру;

2) В случае расчетной схемы рис. 2.2 на рассматриваемый фрагмент узла крепления с одной стороны действует газовая среда аварийного помещения, а с другой стороны он примыкает к массивному железобетонному элементу;

3) В случае расчетных схем рис. 2.3 - 2.5 на рассматриваемый фрагмент узла крепления с одной стороны действуют дымовые газы, движущиеся внутри воздуховода, а с другой - высокотемпературная среда аварийного помещения.

3. Расчет несущей способности узлов крепления в условиях пожара (статическая часть расчета)

3.1. В случаях, когда узлы крепления воздуховода представляют собой статически определимые конструкции (вертикальные тяги, кронштейны), расчет их несущей способности следует проводить известными методами сопротивления материалов применительно к расчетным схемам «балка», «стержень» или «статически определимая рама».

Силовое нагружение задается в виде погонных нагрузок, распределенных по длине элементов узла подвески, и (или) сосредоточенных сил (моментов).

Задача решается в стационарной постановке для ряда моментов времени от начала огневого воздействия на конструкцию. Нагрев предполагается однократным и кратковременным.

3.2. В случаях, когда узлы крепления воздуховода являются статически неопределимыми конструкциями сложной структуры, для их расчёта следует использовать численный метод конечных элементов (МКЭ).

Согласно МКЭ, рассчитываемая конструкция мысленно разбивается на фрагменты конечного размера (конечные элементы), взаимодействующих друг с другом в конечном числе точек - узлов конечно-элементной сетки.

3.3. Разрешающие соотношения МКЭ получаются при допущениях о равномерном распределении температуры по сечению стальных элементов узла подвески и несущественном влиянии жёсткости слоя огнезащиты на общую жёсткость конструкции.

3.4. Для математического описания рассматриваемых конструкций вводится конечный элемент классической балки.

С использованием такого конечного элемента в различных сочетаниях удаётся построить математические модели любых конструкций узлов подвески воздуховодов, встречающихся в практике проектирования.

При построении конечно-элементной модели конструкции учитываются:

- неравномерность прогрева различных элементов конструкции воздуховода;

- физическая нелинейность материалов конструкции;

- возникновение температурных напряжений.

Разбиение исследуемой конструкции на конечные элементы производится с учётом достижения необходимой точности численного расчёта. Шаг разбиения уменьшается вблизи опор и узлов стыка конструктивных элементов, а также в местах возможного возникновения пластических шарниров.

5.5. Зависимости модуля упругости и нормативного сопротивления материалов конструкции от температуры определяются формулами (3.2), (3.8).

За предел огнестойкости узлов подвески воздуховода принимается время от начала огневого воздействия на воздуховод до возникновения одного из предельных состояний по п. 1.3.

3.6. Для проведения численных расчетов пределов огнестойкости статически неопределимых конструкций узлов подвески воздуховодов рекомендуется использовать пакеты прикладных программ, разработанные НПКЦ «Интерсигнал» в соответствии с данной методикой применительно к IBM-совместимым компьютерам и удовлетворяющие современным требованиям по точности и достоверности получаемых результатов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 (обязательное)

Определение расчетного времени эвакуации людей

1. Время начала эвакуации t_н.э - случайная величина, назначения которой оказывают влияние, различные факторы: психологическое состояние человека, темперамент, пол и возраст, ограничение чувствительности органов чувств и физических качеств, усталость, время суток, его социальные и родственные связи, противопожарный тренинг и обучение: система оповещения, степень знакомства человека со структурой эвакуационных путей, противопожарной защитой здания и т. д. Числовыми характеристиками случайной величины являются: ее математическое ожидание (среднее значение) т (t_н.э) и среднее квадратическое отклонение G (t_н.э). Интервал изменений возможных значений случайной величины t_н.э принимается равным (t_н.э)±3G(t_н.э).

Рекомендуемые для расчета значения т (t_н.э) и G (t_н.э) для помещений различного функционального назначения, возможных для размещения в многофункциональных высотных зданиях, при системах оповещения и управления эвакуацией, использующих: оператора (W1), заранее записанные тексты (W2), только звуковой способ оповещения и знаки направления эвакуации (W3) приведены в таблице 1.

Таблица 1

* Следует учитывать, что до трети жильцов может отказаться от эвакуации.

2. Маршрут движения человека с момента начала эвакуации проходит по последовательно расположенным участкам эвакуационных путей. Границами участков являются сечения пути, в которых изменяется его ширина или вид (горизонтальный проем, лестница вниз, лестница вверх, горизонтальный путь вне здания).

Множество людей, одновременно идущих в одном направлении по общим участкам пути, образуют людской поток. Участками формирования людских потоков в помещениях являются проходы между оборудованием. Для последующих участков эвакуационных путей они представляют собой первичные источники людских потоков. Распределение N_i человек на участках, имеющих ширину b_i и длину l_i как правило, равномерное. Поэтому в этот момент на каждом элементарном участке Δl_i, занимаемом потоком, плотность потока  равна

                                                                     (1П)

При дальнейшем движении людских потоков из первичных источников по общим участкам пути происходит их слияние. Образуется общий поток, части которого имеют различную плотность. Происходит выравнивание плотностей различных частей людского потока - его переформирование. Его головная часть, имеющая перед собой свободный путь, растекается - люди стремятся идти свободно при плотности D_o которая оказывает влияния на скорость. За интервал времени Δt часть людей переходит этих с элементарных участков на последующие - происходит изменение состояния людского потока, его движение. Общий случай изменения состояния людского потока в последовательные моменты времени t₀ и t₀+Δt представлен на рисунке.

3. Скорость движения людского потока при плотности D_i на i-ом отрезке участка пути к-го вида - случайная величина V_D.K , имеющая числовые характеристики:

- математическое ожидание (среднее значение)

V_D.K = V_o.k( l - a_klnD_i/D_o,k)m при D_o,k 1,9 чел./м²;                                 (2П)

- среднее квадратичное отклонение

σ(V_D.K) = σ(V_o.k)( l - a_klnD_i/D_o,k)                                                             (3П)

где, V_o.k и σ(V_o.k) математическое ожидание скорости свободного движения людей в потоке (при D_i = D_o,k) и ее среднее квадратичное отклонение, м/мин.;

D_o,k - предельное значение плотности людского потока, до достижения которого возможно свободное движение людей по k-му виду пути (плотность не влияет на скорость движения людей);

a_k - коэффициент адаптации людей к изменениям плотности потока при движении по k -му виду пути;

D_i - значение плотности людского потока на i-ом отрезке (?l) участка пути шириной b_i, чел./м²;

т - коэффициент влияния проема.

Значения перечисленных параметров приведены в таблице 2 п.1

Таблица 2 п.1

4. При любом возможном значении V_o.k люди в количестве , находящиеся в момент t_o на i-ом элементарном участке, двигаются по нему и начинают переходить на последующий участок i+1. На участок i в свою очередь переходит часть людей с предыдущего (i-1) элементарного участка и из источника j.

По прошествии времени Δt к моменту t_i = t₀+Δt только часть людей  людей с участка i успеет перейти на участок i+1. К этому моменту времени из  людей, бывших на участке i в момент t₀, останется  людей. Их число пополняется за счет людей, успевших за этот интервал времени перейти на него с предыдущего участка -  и из источника . Тогда плотность потока на участке i в момент t₁ будет равна

                                                  (4П)

Скорость движения людей, оказавшихся на участке i в момент t₁ определяется как функция (2П) сформировавшейся на нем плотности потока, т.е.

                                                                (5П)

5. Подобный процесс происходит на всех элементарных участках, занятых людским потоком. Изменение плотности потока на каждом из них в различные моменты времени отражает процесс переформирования различных частей потока и, как частный случай, процесс растекания потока.

Изменение плотности потока на каждом из элементарных участков в последовательные моменты времени зависит от количества людей, переходящих через границы участков. В общем случае количество людей, переходящих за интервал времени Δt с участка i на последующий участок i+1, составляет

                                                                           (6П)

т.е. зависит от скорости перехода V_пер через границу участка В-В (см. рис.) или, соответственно, А-А, С-С.

Скорость перехода V_пер через границы смежных элементарных участков следует принимать, руководствуясь следующими соотношениями:

                            (7П)

                            

6. Если , то время t_пер, необходимое для перехода всех  людей, находящихся на элементарном участке i в момент t₀, на последующий участок (i+1), будет определяться по формуле:

                                                                                        (8П)

За интервал времени Δt < t_пер на участок i+1 перейдут не все  людей, а только их часть

                                                                             (9П)

Количество людей, не успевших перейти за интервал времени Δt с участка i на участок i+1, следовательно, составит:

                                                             (10П)

7. Если , то справедливы аналогичные соотношения, в которых вместо  следует принимать . При этом количество людей, остающихся на участке i, увеличивается, а количество людей, переходящих на него с предыдущего элементарного участка i-l и источника j, остается тем же, что и при . Следовательно, плотность потока на участке i в следующий момент времени t₁ будет больше, чем при . Она будет расти тем быстрее, чем меньше значение , т.е. чем выше значение . При  этот процесс моделирует распространение скопления людей.

8. Если в какой-то момент времени t_n плотность потока на участке i достигла максимальной величины и дальше увеличиваться не может, то на этот участок в этот момент времени не может прийти ни один человек ни с предшествующего участка, ни из источника. В результате перед их границами с участка i задерживается соответственно  и  людей.

В следующий момент времени t_n+1 часть людей с участка i переходит на участок i+1, плотность людского потока на нем уменьшится и часть скопившихся перед его границей людей сможет перейти на него. Но это не все люди, скопившиеся на границах участков i-l и j. Доля их участия в пополнении людьми участка i  в момент t_n+1 определяется соотношением:

                                   (11П)

9. Соотношения (4П) и (11П) полностью описывают состояние людского потока на элементарных участках и их переходы в последовательные моменты времени при конкретных значениях V_o.k и позволяет рассчитать соответствующие значения времени движения Δt - Σt_р, людских потоков с участков их формирования до прихода последней группой людей сечения пути, в котором заканчивается эвакуация. Совокупность значений t_Δ , полученных при различных значениях V_o.k, формирует эмпирическое распределение вероятностей значений t_Δ. Это распределение позволяет рассчитать по правилам математической статистики значение времени завершения эвакуации, соответствующее вероятности Р(t_р.эв) = 0,999.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 (обязательное)

Расчет времени эвакуации населения с использованием лифтов

1. Расчет времени эвакуации населения (N_эв.л чел.) высотного здания производится с учетом выбора схемы организации этого процесса.

а) всего здания;

б) зоны (пожарного отсека);

в) этажа пожара и одного или нескольких этажей выше этажа пожара;

г) только с этажа пожара

2. Для проведения эвакуации может применяться одна из следующих схем организации работы лифтов:

а) на этаж эвакуации направляются все пассажирские лифты, имеющие остановки на этом этаже;

б) на этаж эвакуации направляется часть пассажирских лифтов, имеющих остановки на этом этаже; другая часть лифтов направляется на другой этаж (другие этажи) эвакуации населения, согласно принятой схемы организации эвакуации;

в) лифты работают по алгоритму нормального функционирования, направляясь на этажи, с которых поступают вызова.

3. При проведении расчета следует считать, что кабина лифта, прибывшая на этаж для эвакуации, заполняется полностью и движется на этаж назначения без попутных остановок, т.е. за круговой рейс кабина лифта делает только две остановки.

4. При расчете времени эвакуации населения лифтами t_эв.л = 60N_эв.л/П_л суммарная провозная способность, используемых h лифтов, определяется по формуле:

П_л = Σ6300 Е_i / T_i  чел./ч,

в которой Е_i - номинальная вместимость кабины лифта, чел.;

T_i - время ее кругового рейса, с.

Время кругового рейса i-гo лифта определяется по формуле:

T_i = 2(Н_р - h)/V + 2,6(Δt_л +1,5·Е_i), с,

где: Н_р- расчетная высота подъема лифта, м;

h - длина пути движения лифта при его разгоне до номинальной скорости V и торможении до полной остановки, м;

V - номинальная скорость движения кабины лифта, м/с;

Δt_л - суммарные затраты времени на пуск, разгон и торможение лифта, на открывание и закрывание дверей, с;

Значение Δt принимается в зависимости от номинальной скорости движения кабины лифта равными:

11 с - при V до 2,0 м/с;

30 с - при V = 10 м/с, при промежуточных значениях V - по интерполяции;

Е_i - численное значение номинальной вместимости i-го лифта.

Значение Н_р равно:

- при эвакуации одного этажа (п.1в) - разнице отметок уровней пола нижнего этажа, на который лифт опускает эвакуируемых людей, и этажа эвакуации;

- при эвакуации нескольких этажей (п.1б,в) - разнице отметок уровней пола нижнего этажа, на который лифт опускает эвакуируемых людей, и середины зоны эвакуации.

Значение h принимаются в зависимости от номинальной скорости V движения кабины лифтов, равными: 1,5 м при V до 1,6 м/с; 4 м при V=2 м/с; 60 м при V = 10 м/с, при промежуточных значениях V - по интерполяции.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

ОБОРУДОВАНИЕ ОПОРНЫХ ПУНКТОВ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

1. Огнетушители пенные - 10;

2. Огнетушители порошковые -10;

3. Огнетушители углекислотные - 10;

4. Пожарные напорные рукава длиной 20 м - 10;

5. Пожарные стволы - 5;

6. Противогазы на сжатом воздухе -10

7. Кислородно-изолирующие противогазы - 10;

8. Переносные электрические фонари -10;

9. Устройство для самоспасания - 10;

10. Комплект средств локальной защиты -10;

11. Натяжное спасательное полотно -5;

12. Пожарная выдвижная лестница - 2;

13. Пожарная лестница штурмовка - 2;

14. Спасательная веревка - 5;

15. Секционные спасательные рукава - 5;

16. Троссовое снаряжение для спасания - 5;

17. Комплекты спасательные высотные - 5