Огнестойкость монолитных железобетонных конструкций высокой жилой дом с основной структурной системы

Высотные жилые здания, строительство которых оправдывается высокой стоимостью земли в условиях плотной городской застройки, имеют повышенные риски возникновения пожара [1].

В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008 N 123-ФЗ (далее – Технический регламент), основной регламентируемой характеристикой, определяющей способность зданий и сооружений сопротивляться пожару, является его степень огнестойкости. Она, в свою очередь, для жилых зданий определяется классом функциональной пожарной опасности, высотностью и площадью этажа в пределах пожарного отсека.

Согласно требованиям Технического регламента и с учётом:

• -    табл. 9.1 СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» (Russian Federation applicable Code Design SP 267.1325800.2016 “High rise buildings and complexes. Design rules”),

• -    вступающим в силу с 30 июля 2020 года СП 477.1325800.2020 «Здания и комплексы высотные. Требования пожарной безопасности»(Russian Federation applicable Code Design SP 477.1325800.2020 “Highrise buildings and complexes. Fire safety requirements”)

зданиям свыше 150 метров присваивается первая степень огнестойкости с повышенными требуемыми пределами огнестойкости по несущей способности R240 [2].

Пределы огнестойкости определяют в мировой практике с учётом расчётноэкспериментальных подходов в режиме температурной кривой «стандартного» пожара (ISO 834:1975 «Fire Resistance Tests – Elements of Building Construction»). Понятие предела огнестойкости не применимо на воздействие пожара с «реальным» температурным режимом, для них применяется альтернативное понятие - момент потери (утраты) конструкцией огнестойкости Gravit, M.V., Nazarov, M. A., Ivanov, V.N., Dmitriev, I.I.

Fire resistance of monolithic reinforced concrete structures of the tall residential building with core structural system;

по несущей способности. Под «реальным» температурным режимом подразумевается режим, отличный от «стандартного» [2-6] полученный с помощью компьютерного моделирования при уточненных значениях пожарной нагрузки и ее распределения в объёме помещений [7-8].

Согласно ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость» (Russian Federation State Standard GOST 30247.0-94 “Elements of building constructions. Fire-resistance test methods. General requirements”) в России для определения огнестойкости строительных конструкций используют экспериментальные и расчётные методы.

Проведение натурных испытаний конструкций статически-неопределимых монолитных железобетонных зданий невозможно по ряду причин [10]:

• -    на огневых стендах невозможно воспроизвести жесткое сопряжение элементов конструкций, испытания проводятся только для случаев шарнирного опирания;

• -    на огневых установках невозможно воссоздать расчётные значения внутренних усилий в бетоне и арматуре;

• -    исчерпание предела огнестойкости шарнирно-опертых и жестких монолитных конструкций происходят по принципиально различным схемам.

Результаты огневых испытаний сборных, шарнирно-опертых конструкций, в свою очередь недопустимо переносить на монолитные конструкции с жесткими узлами сопряжения. Существуют также расчетные и экспериментальны данные по пределам огнестойкости различных конструктивных элементов, которые могут встречаться в высотных жилых зданиях [11]–[15], однако эти данные могут быть ограничено использованы при оценке огнестойкости всего высотного здания.

Рекомендованные расчетные методики определения огнестойкости конструкций из железобетона изложены в СТО 36554501-006-2006 «Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» (Standard of Federal State Unitary Enterprise “Research Center Construction” STO 36554501-006-2006 “Rules for ensuring fire resistance and fire safety of reinforced concrete structures ”). Далее в тексте статьи этит документ именуется СТО. Рекомендуемые этим документом методики состоят из статического и теплотехнического расчетов.

Теплотехнической расчёт производится для определения температур прогрева сечений элементов конструкций во времени.

При использовании «стандартного» температурного режима существуют готовые решения теплотехнической задачи для большего числа типовых железобетонных конструкций. Недостаток данного подхода в том, что номенклатура рассматриваемых конструкций не является исчерпывающей [3, 10, 11]. Многие нестандартные задачи не рассматриваются, что существенно ограничивает область применения данного подхода. К тому-же, как показывают различные исследования, «стандартный» температурный режим для гражданских зданий зачастую является более «жёстким», чем «реальный» [2, 3, 12–15]. Это приводит к завышению требуемых пределов огнестойкости и неоправданно большим финансовым потерям для ее обеспечения.

Статический расчет предполагает проверку по прочности и устойчивости конструкций при совместном действии эксплуатационной нагрузки и высокой температуры.

Использование программных комплексов для расчёта огнестойкости конструкций при различных режимах пожара пока вызывает определенные трудности по ряду причин [16, 17, 26, 18–26] Существуют расчётные комплексы (например, Sofistik и ANSYS), в которых реализована возможность выполнения теплотехнической части расчёта при пользовательском («реальном») температурном режиме, однако, не реализована статическая часть. В других программных комплексах (например, NormCAD), заложена возможность выполнения теплотехнической и статической задач, однако, только для «стандартного» режима пожара. В программном комплексе ЛИРА-САПР 2019 реализована возможность подбора армирования несущих конструкций с учётом заданного предела огнестойкости, в том числе для пользовательского температурного режима пожара. Однако, полученные таким образом результаты еще подлежат проверке и верификации, поскольку данная возможность введена совсем недавно, и у проектировщиков еще нет какого-либо опыта её использования.

Цель данного исследования – определить огнестойкость несущих железобетонных конструкций высотных жилых зданий каркасно-ствольной конструктивной системы при «реальном» режиме пожара, используя данные по пожарной нагрузке в жилой части здания.

2 Methods

Для высотных жилых зданий определялся наиболее опасный сценарий развития пожара, при котором наиболее основные несущие конструкции могу оказаться под воздействием пожара. Выполнен статический расчёт здания в целом на действие проектных нагрузок, определено напряженно-деформированное состояние несущих конструкций, подобраны сечения и армирование, обеспечивающее работоспособность по I и II группам предельных состояний. Выполнен теплотехнический и статический расчёт основных несущих конструкций при «стандартном» и двух «реальных» температурных режимах пожаров в квартирах высотных жилых зданий, полученных в [4].

Принципиальные архитектурные, конструктивные и объёмно-планировочные решения рассматриваемого высотного жилого здания были приняты согласно проекту жилого здания (небоскреба) «One Tower» в «Москва-Сити» (Москва, Российская Федерация) находящегося в данный момент на стадии разработки проектной документации.

Рисунок 1. Конструктивная модель здания Fig. 1. Structural model of the building

Рисунок 2. План вертикальных несущих конструкций на отметке +133.500

Fig. 2. Vertical bearing structures plan at elevation +133.500

Вертикальные несущие конструкции представлены центральным лестнично-лифтовым узлом (центральное ядро жесткости), а также пилонами и колоннами, расположенными по периметру. Стены ядра толщиной 200…800 мм выполнены из бетона класса В40. Пилоны длиной 3000 мм и толщиной 200, 300 и 400 мм (сечение изменяется по высоте здания) выполнены из бетона класса В40. Колонны – круглые диаметром 800 мм, бетон класса В40. Горизонтальные плиты перекрытий – монолитные безбалочные, толщиной 280 мм, выполнены из бетона класса В25.

Таблица 1. Основные характеристики рассматриваемого здания

• Table 1. Main characteristics of the building

  Назначение	Жилое
  Район строительства	г. Москва
  Количество надземных этажей	42
  Высота надземного этажа	3.6 м
  Количество подземных этажей	3
  Высота подземного этажа	3.15 м
  Высота	156.3 м
  Требуемый предел огнестойкости несущих конструкций	R240

Рассмотрена возможность возникновения пожара в одной из квартир. Причём расположение квартиры с очагом пожара по высоте жилых зданий не принципиально ввиду того, что развитие пожара будет проходить по тем же физико-химическим процессам, и «реальные» температурные режимы принимаются идентичными без учёта ветрового воздействия и распространения пожара по фасаду жилых зданий. При этом несущие пилоны, а также плита перекрытия могут оказаться под воздействием температурной нагрузки. В зависимости от расположения пилона в плане этажа, возможны сценарии как с односторонним нагревом (в случае, когда он отделяет одну квартиру от другой) так и с трёхсторонним (если он расположен в пределах одной квартиры).

Рисунок 3. Рассматриваемые сценарии пожара Fig. 3. Supposed fire scenario

Для массивных вертикальных несущих конструкций данного высотного жилого здания, работающих преимущественно на сжатие, наиболее опасно будет трёхстороннее огневое воздействие (поскольку четырёхсторонний нагрев невозможен), которое будет быстрее всего уменьшать полезную площадь сечения. При выходе из работы внешних, нагретых выше критической температуры слоев бетона, напряжения в центральной части сечения растут. Когда напряжения достигают значения предела прочности бетона, конструкция теряет свою несущую способность. Предел огнестойкости плиты перекрытия при пожаре наступает вследствие прогрева растянутой арматуры. Из-за уменьшения её предела текучести, в какой-то момент в пролетной части образуется «пластический шарнир» и перекрытие разрушается. Нагрев сжатой арматуры оказывает куда меньшее влияние на несущую способность, и зачастую им можно пренебречь. (в соответствии с СТО и «пособием по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов» ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР 1985).

Расчёт был выполнен для:

• 1)    Пилонов толщиной 200, 300 и 400 мм, подверженных одностороннему нагреву;

• 2)    Пилонов толщиной 200,300 и 400 мм, подверженных трёхстороннему нагреву;

• 3)    Пролётного участка плиты перекрытия, находящегося над очагом пожара.

При это в качестве рассматриваемых были выбраны эквивалентно нагруженные пилоны (с одинаковым начальным коэффициентом использования по несущей способности) разного сечения, расположенные на разных высотных отметках.

К-т использования несущей Вертикальная способности при нормальной нагрузка на пилон

Рисунок 4. Эквивалентно загруженные пилоны.

Fig. 4. Equally loaded pylons.

Конструктивная модель несущего железобетонного каркаса высотного жилого здания была построена в Autodesk Revit 2020. Модель включает в себя информацию о геометрии и сечениях конструкций, материалах, а также нагрузках.

Аналитическая модель здания с нагрузками была импортирована в расчетный комплекс ЛИРА-САПР 2019. После задания оставшихся исходных данных выполнен статический расчёт, определено напряженно-деформированное состояние, подобрано армирование рассматриваемых конструкций, обеспечивающее работоспособность по I и II группам предельных состояний (прочности, трещиностойкости и предельным деформациям).

100    200       200       200       200   „100

100    200       200       200       200   „100

Рисунок 5. Схема армирования рассматриваемых пилонов (справа) и плиты перекрытия (слева) Fig. 5. Reinforcement of pylon (right) and floor slab (left)

Теплотехнический расчёт был выполнен по «стандартной» и двум «реальным» (рис. 6 и 7) температурным кривым для моментов времени 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180 и 240 минут в ПК «Sofistik 2020» с учётом уточнённых в [4] температурных режимах «реального» пожара.

В [4] произведено численное моделирование пожара в квартирах высотного жилого здания с использованием Fire Dynamics Simulator. При этом заданная пожарная нагрузка была максимально приближена по составу и распределению по площади к реальным нагрузкам в жилых квартирах. В результате, для двух-, трёх-, четырёхкомнатных квартир был получен набор температурных кривых, существенно отличающихся от «стандартной». Данные кривые соответствуют свободному распространению пожара без вмешательства автоматических систем пожаротушения и действий пожарных подразделений. Режим, полученный по максимальным пиковым значениям температур каждого из режимов – это наиболее критичный «реальный» температурный режим , по которому предлагается производить расчёт огнестойкости конструкций высотных жилых зданий (рис. 6). Также автором были получены температурные кривые, соответствующие сценариям развития пожара с действующими системами активной противопожарной защиты: автоматического пожаротушения и дымоудаления (рис. 7).

Рисунок 6. Температурные кривые «реального» пожара в квартирах высотного жилого здания при свободном распространении [4]

Fig. 6. Temperature curves of a real fire with free fire extension [4]

---Температура с ДУ

---Температура при свободном развитии

---Температура с дренчерными оросителями над проемами

—Температура со всеми СППЗ

—*—Наиболее "критичный реальный" температурный режим

Рисунок 7. Температурные кривые «реального» пожара в квартирах высотного жилого здания при действии автоматических систем тушения [4]

Fig. 7. Temperature curves of a real fire with automatic fire extinguishing systems implementation [4]

Статический расчёт пилонов был выполнен в соответствии с п. 8.12 СТО и СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», как конструкций, работающих на внецентренное сжатие с малым эксцентриситетом приложения нагрузки и малым значением гибкости. Статический расчёт плиты был выполнен в соответствии с п. 8.3 СТО и СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», как для изгибаемого элемента.

3 Results and Discussion

Результаты теплотехнического расчета для трехстороннего нагрева приведены в табл. 2, для трехстороннего – в табл. 3.

Рисунок 8. Температурные поля в сечении пилона при трехстороннем нагреве и «стандартном» режиме пожара на 240 минуте

Fig. 8. Temperatures in the pylon cross-section in case of 3-sides fire exposure with a standard thermal regime after 240 minutes

Рисунок 9. Температурные поля в сечении пилона при трехстороннем нагреве и «реальном» режиме пожара на 240 минуте

Fig. 9. Temperatures in the pylon cross-section in case of 3-sides fire exposure with a real thermal regime after 240 minutes

Рисунок 10. Температурные поля в сечении пилона при одностороннем нагреве и «стандартном» режиме пожара на 240 минуте

Fig. 10. Temperatures in the pylon cross-section in case of 1-sides fire exposure with a standard thermal regime after 240 minutes

Рисунок 11. Температурные поля в сечении пилона при одностороннем нагреве и «реальном» режиме пожара на 240 минуте

Fig. 11. Temperatures in the pylon cross-section in case of 1-sides fire exposure with a real thermal regime after 240 minutes

Таблица 2. Результаты теплотехнического расчета при трехстороннем нагреве Table 2. Thermal analysis results with a 3-side fire exposure

5 ф CL	X □f 0) CQ	Температура рабочей арматуры, 0С				Коэффициент gs по табл. 5.5				Глубина прогрева бетона до критической температуры (500 0С), мм
		5 5 О co Cd c	5 5 о о Cd T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о T О c	5 5 о co CN	5 5 о о CN T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о 'd- T О c	5 5 о co Cd H	5 5 о о Cd T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о T О c
	0	-	20	20	20	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	30	-	77	76	76	-	1,00	1,00	1,00	-	10	10	10
	60	-	196	190	190	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
Ф Q.	90	-	217	201	200	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
z	120	-	233	204	201	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
-fl	150	-	252	210	205	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
CD CL	180	-	251	199	192	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	240	-	200	154	146	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	0	-	20	20	20	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
Cd 5	30	-	90	90	89	-	1,00	1,00	1,00	-	10	10	10
	60	-	224	216	211	-	1,00	1,00	1,00	-	23	23	23
Ф Q.	90	-	328	307	305	-	0,96	0,99	1,00	-	35	27	25
z	120	-	425	378	356	-	0,79	0,88	0,92	-	46	38	37
c;	150	-	485	413	406	-	0,64	0,82	0,85	-	50	35	35
CD CL	180	-	517	425	414	-	0,56	0,79	0,81	-	65	30	30
	240	-	495	387	361	-	0,61	0,87	0,93	-	50	0	0
	0	-	20	20	20	-	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	30	-	126	125	125	-	1,00	1,00	1,00	-	11	11	11
Q.	60	-	256	246	246	-	1,00	1,00	1,00	-	21	21	21
	90	-	363	336	333	-	0,91	0,95	0,95	-	32	32	32
	120	-	459	404	399	-	0,70	0,84	0,85	-	40	40	39
	150	-	541	461	452	-	0,51	0,70	0,72	-	60	46	44
H Q	180	-	612	512	498	-	0,35	0,57	0,60	-	80	52	49
	240	-	731	603	573	-	0,18	0,37	0,43	-	100	63	59

Таблица 3. Результаты теплотехнического расчета при одностороннем нагреве Table 3. Thermal analysis results with a 1-side fire exposure

5 ф CL	X CQ	Температура рабочей арматуры, 0С				Коэффициент gs по табл. 5.5				Глубина прогрева бетона до критической температуры (500 0С), мм
		5 5 О co Cd c	5 5 о о Cd T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о T О c	5 5 о co CN H c	5 5 о о CN T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о 'd- T О c	5 5 о co Cd H	5 5 о о Cd T о c	5 5 о о co T о c	5 5 о о T О c
	0	20	20	20	20	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	30	137	76	76	76	1,00	1,00	1,00	1,00	-	10	10	10
	60	259	190	190	190	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
Ф Q.	90	240	200	200	200	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
z	120	233	201	201	201	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
-fl	150	234	204	204	205	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
CD CL	180	202	191	191	192	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	240	139	145	144	146	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	0	20	20	20	20	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
Cd 5	30	156	90	90	89	1,00	1,00	1,00	1,00	-	10	10	10
	60	324	217	217	211	0,96	1,00	1,00	1,00	-	23	23	23
Ф Q.	90	420	305	306	305	0,80	0,99	0,99	1,00	-	27	27	25
z	120	491	374	374	356	0,62	0,89	0,89	0,92	-	38	38	37
c;	150	496	406	405	406	0,61	0,84	0,84	0,85	-	35	35	35
CD CL	180	488	414	412	414	0,63	0,82	0,82	0,81	-	40	30	30
	240	376	360	357	361	0,86	0,91	0,91	0,93	-	10	10	0
	0	20	20	20	20	1,00	1,00	1,00	1,00	-	0	0	0
	30	210	125	125	125	1,00	1,00	1,00	1,00	-	11	11	11
Q.	60	360	246	246	246	0,91	1,00	1,00	1,00	-	21	21	21
	90	455	334	333	333	0,72	0,95	0,95	0,95	-	30	32	32
	120	524	399	398	399	0,54	0,85	0,85	0,85	-	38	40	39
	150	579	453	451	452	0,42	0,72	0,72	0,72	-	43	45	44
H Q	180	624	498	496	498	0,33	0,61	0,61	0,60	-	50	51	49
	240	697	572	568	573	0,22	0,43	0,44	0,43	-	56	59	59

Выполнен статический расчёт на огнестойкость (на утрату огнестойкости по несущей способности – для «реальных» режимов) рассматриваемых пилонов и коэффициент использования несущей способности для трёх режимов времени 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180 и 240 минут (рис. 11).

плиты и определён пожара и моментов

Результаты расчета пилона h=400мм - трехсторонний нагрев

СК

0.80

0.75

со о СП

о

0.70

0.68

О

о и о

0.65

Реальный режим с системами пожаротушения

0.60

0.59

си

си

си

0.50

0.62

СП о

0.50

•' 0.50 0.53

0.50

0.56

0.53  .....*• 0.56-А 0.57

.• ■ " 0.53

А. 0.60

4 0.51

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

Реальный режим без систем пожаротушения

Стандратный режим

0.40

Момент времени, мин

СК

1.00

Результаты расчета пилона h=300 мм - трехсторонний нагрев

0.90

СО о СП

о

о

о и о

0.80

0.78

Реальный режим с системами пожаротушения

си

си

0.62

си

0.60

0.72

0.67

СП о

0.50

■ ’ 0.50

0.57

0.53   „Л* 0.58

-»• 0.53

А"0.65

А. 0.63

Реальный режим без систем пожаротушения

0.53

0.60

Стандратный режим

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

0.40

Момент времени, мин

Результаты расчета пилона h=200 мм - трехсторонний нагрев

СК

1.40

со о сп

1.23

А 1.36

о

о

о о о

Реальный режим с системами пожаротушения

си

си

0.90

0.83

си

0.72

•А 0.76

А 0.98

Реальный режим без систем пожаротушения

<т> о

0.40

0.56

0.51  ..•;■•••<•■'

■ 0.51 _0.56

0.62          0.67

л1‘- 0.60

Стандратный режим

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

0.51

Момент времени, мин

0.70

Результаты расчета пилона h=400 мм - односторонний нагрев

0.60

0.50

0.62

0.59

0.58

0.56

0.55

0.53                   0.55     0.56‘“А..0.55

0.50     0.52          0.53:::А 0.53

0.50

• ■ ' 0.50     0.52• ♦ •......... ♦ .......... ♦ .......... ♦ •......... ■♦ .........• ♦ 0.51

0.50     ^0.52     0.50     0.50     0.50     0.50     0.50     0.50

♦ Реальный режим с системами пожаротушения

• ▲    Реальный режим без систем пожаротушения

• ■    Стандратный режим

0.40

0.70

ГО т-

СП

о о                                                                     0.62

2 °                                                  ■

Ю                                                          0.59

о Р 0.60                                                0.58

5 °                                                 0.56                                     ■

s g                                   0.55

X ^,s                              0.53       ^.            0.55     0.56"А..0.55

х ^           0.50      ^0.52 ....... ■ ••0.53 ••А 0.53

^.

s      0.50      ■ ' 0.50 л   *   •••♦•.........♦..........♦..........♦•.........♦......... 4 0.51

0.50             ^.    _0.52

-е- ^х            0.50        ^.         0.50     0.50     0.50     0.50     0.50     0.50

СП о

Реальный режим с системами пожаротушения

Реальный режим без систем пожаротушения

Стандратный режим

Момент времени, мин

0       30      60      90      120     150     180     240

Результаты расчета пилона h=300 мм - односторонний нагрев

СК

0.40

0.80

Момент времени, мин

0       30      60      90      120     150     180     240

Результаты расчета пилона h=200 мм - одностороний нагрев

0.76

со о m

о

0.70

о

со о о о

0.60

0.59

0.67

0.63

..6 0.63 "а 0.63

О)

<и

0.51

<т> о

0.50

Г 0.51 0.53 0.51

0.56

0.53    ,...*::0.56

• • ■ ' 0.53

0.51

0.51

0.51

0.51

0.71

А 0.65

0.51

А 0.55

0.51

Реальный режим с системами

пожаротушения

Реальный режим без систем

пожаротушения

Стандратный режим

0.40

Момент времени, мин

1.60

Результаты расчета плиты h=280 мм - одностороний нагрев

1.46

s н о о ю о и о с о

DS си

S’ и си т

1.10

0.60

0.32     0.32      ^0.35

■= 0.32 »«■<»0.32*.•.4^.*.0.33

0.32     0.32     0.32

0.45

•1 0.40

0.59

0.10

0.76

0.97

0.53••••▲. 0.51

0.32     0.32     0.32     0.32

4 0.37

0.32

♦ Реальный режим с системами пожаротушения

▲ Реальный режим без систем пожаротушения

■ Стандратный режим

Момент времени, мин

0       30      60      90      120     150     180     240

Рисунок 11. Результаты расчета огнестойкости Fig. 11. Results of fire-resistance calculation

По полученным графикам можно сделать вывод о том, что оба «реальных» температурных режима пожара являются существенно более «мягкими», чем «стандартный». Особенно сильно различия видны после 150 минут, когда при «реальных» режимах бетон и арматура уже начинают остывать, а при «стандартном» – продолжают нагреваться вплоть до 240 минуты.

До 120 минуты расхождение значений остаточной несущей способности между «стандартным» и «реальный» режимами при свободном распространении огня не превышает для пилонов – 10%, для плиты – 11%.

К 150 минуте начинается фаза затухания при «реальном» режиме со свободным распространением, в то время как при режиме «стандартном» температуры продолжают расти. Поэтому в промежутке от 120 до 240 минут остаточные несущие способности пилонов и плит при «стандартном» и «реальных» становятся несопоставимыми.

По полученным графикам значений коэффициентов использования несущей способности хорошо видно, что после 120 минуты пожара «стандартный» и «реальный» режимы дают существенные отличия. Обоснованное использование «реальных» режимов при проектировании пожарной безопасности высотных жилых зданий может в перспективе дать положительный экономический эффект, снижая материалоемкость.

Нужно понимать, что полученные начальные коэффициенты использования несущей способности (0,5 – для пилона и 0,32 – для плиты) вычислены в результате расчёта только по I группе предельных состояний и на действие только постоянных и временных длительных нагрузок, взятых с коэффициентами надёжности γf=1, как это предложено в методике СТО. То есть рассматривается напряженно-деформированное состояние конструкций при наиболее вероятном сочетании внешних воздействий. В случае же расчёта проектного армирования в ЛИРА-САПР с учетом требований по второй группе предельных состояний, кратковременных нагрузок и коэффициентов надёжности в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» (Russian Federation applicable Code Design SP 20.13330.2016 “Loads and actions”), коэффициенты использования этих конструкций были близки к единице. По этой причине, в случае развития пожара при отсутствии дополнительных маловероятных негативных воздействиях (максимальное значение ветровой нагрузки, иногда – сейсмическое воздействие и др.) существует запас по несущей способности.

Для плиты перекрытия запас несущей способности при наиболее вероятном сочетании внешних воздействий предотвратил бы ее разрушение при «реальных» температурных режимах. Однако при «стандартном» температурном режиме, предел огнестойкости все же наступил бы на 180 минуте.

При сравнении результатов расчета эквивалентно загруженных пилонов разного сечения можно сделать вывод о том, что более «массивные» вертикальные конструкции являются более устойчивыми к огневому воздействию. В частности, пилон толщиной 400 мм не исчерпывает своего предела огнестойкости даже к 240 минуте, тогда как для пилона толщиной 200 мм этот предел наступает: на 135 минуте – при «стандартном» режиме пожара, на 150 минуте – при «реальном» режиме со свободным развитием.

При это видно, что для изгибаемого элемента – плиты перекрытия, воздействие высоких температур более критично, чем для сжатых вертикальных пилонов. Это объясняется, в первую очередь, различием в работе конструкций. В изгибаемых плитах восприятие нагрузок происходит благодаря рабочей арматуре в растянутой зоне, которая располагается, по конструктивным соображениям, на расстоянии 25-40 мм от грани плиты и поэтому уязвима при пожаре.

4 Conclusions

Очевидно, «стандартный» температурный режим в некоторых случаях и для определенных классов функциональной пожарной опасности требует обоснованного пересмотра. Это позволит уйти от чрезмерно высокого запаса по несущей способности в сторону более экономичного строительства.

Определение требуемых пределов огнестойкости следует выполнять с учетом действительной реальной пожарной нагрузки на объектах и через эквивалентную продолжительность пожара с коэффициентом огнестойкости (запаса на неопределённость).

Дальнейшими исследованиями следует также учесть фактор влияния высоты на обоснование требуемых пределов огнестойкости в связи с изменением нагрузок на несущие конструкции.

Также актуально рассмотрение особенностей воздействия пожара на несущие конструкции зданий других конструктивных схем и различающихся объёмно-планировочных решений.