Повреждения строительных конструкций при пожарах

При пожарах строительные конструкции повреждаются от разрушения материала конструкции или изменения его механических характеристик, а также из-за значительных деформаций, вызванных перегревом конструкций, разрушением конструкций и соединений от продольных деформаций при нагреве. Величина повреждений зависит от вида конструкции, ее материала, температуры нагрева конструкции и длительности пожара. При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции, как правило, приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества. Рассмотрим воздействие пожара на конструкции, выполненные из различных материалов. Железобетонные конструкции Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако, под воздействием высоких температур снижаются его прочность и защитные свойства по отношению к заключенной в нем арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагревается сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

Приведем последовательность разрушения конструкций на примере железобетонных колонн здания:

• 1.    в течение 25-45 минут от начала пожара в колонне образуются продольные трещины.

• 2.    наблюдаются выгибы, равные нескольким сантиметрам без потери несущей способности под нагрузкой.

• 3.    появление заметных трещин, перпендикулярных действию нагрузки, возникающих за несколько минут до потери несущей способности в растянутой зоне. Бетон в сжатой зоне разрушается вследствие расслоения и

• выкрашивания.

• 4.    разрушение колонны происходит в пределах 1 секунды, при этом температура арматуры достигает 500÷700°С.

Таблица 1

Повреждение железобетонных конструкций при пожарах

Каменные конструкции

Каменная кладка из применяемых в строительстве материалов (глиняный кирпич, силикатный кирпич, блоки из легкого бетона) является огнестойкой. Воздействие огня и воды при тушении пожара приводит к отслаиванию поверхностного слоя кладки и разрушению раствора. Под воздействием огня, как правило, прочность строительного кирпича не уменьшается, но происходит разрыхление и разрушение раствора между кирпичами. Если раствор разрушен на глубину более 3см, каменная кладка считается не способной воспринимать нагрузку и подлежит разборке. Также при пожаре происходят повреждения каменных конструкций от деформаций, вызванных температурными перепадами и линейными удлинениями строительных конструкций, что приводит к образованию в каменных конструкциях трещин и разрушений.

Металлические конструкции

Металлические конструкции обладают массой преимуществ – это удобство и скорость монтажа, индустриальность, значительная несущая способность при нормальных условиях эксплуатации, они в 4 раза легче железобетонных и каменных конструкций при той же несущей способности. Наряду с этим они имеют два серьезных недостатка, а именно быстрый прогрев до критической температуры потери несущей способности в условиях пожара и низкую коррозионную стойкость. Металлы обладают высокой чувствительностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются и снижают свои прочностные свойства. При температуре до 250°С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, затем этот предел постепенно снижается. Критическая температура, которая характеризует потерю несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500°С. Предел огнестойкости незащищенных металлоконструкций составляет максимум 15 минут в зависимости от приведенной толщины металла. Например, стандартный двутавр №20 с приведенной толщиной 3,4 мм, на котором в условиях специальных испытаний проводится оценка соответствия Федеральному закону №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», по данным ФГУ ВНИИПО МЧС России, за 6 "Мировая наука" №12(33) 2019                 science-j.com     310

минут прогревается до критической температуры в 500°С и соответственно не обеспечивает даже минимального предела огнестойкости R15.

Приведем последовательность разрушения металлических (стальных) конструкций при пожарах: и до температуры 400°С разрушается лакокрасочное покрытие поверхности металла, что приводит к снижению прочности конструкции на 5% (стальные конструкции могут эксплуатироваться без ограничений); и при непродолжительном воздействии температуры 400-600°С на стали образуется светлая окалина и имеется небольшое коробление, прочность конструкции снижается на 15% (предел текучести и предел прочности стали при нагреве 400-600°С падают, возрастают удлинения, а после ее охлаждения восстанавливаются прежние значения); и при непродолжительном воздействии температуры 700-900°С на поверхности стали образуется тонкий слой трудноочищаемой окалины, имеется сильное коробление, прочность конструкции снижается на 30% (эксплуатация конструкций возможна с ограничением нагрузок); и при длительном воздействии температуры 900-1400°С отслаивается местами слой окалины, происходит образование твердой и хрупкой пленки сероватосинего или черного цвета и язв губчатого строения на поверхности металла. Ненагруженные элементы конструкции провисают под собственным весом, нагруженные элементы сильно деформированы, появляются участки конструкций с изломами, прочность конструкций снижается на 65% и более (конструкции к использованию непригодны).

Деревянные конструкции

Приведем последовательность разрушения при пожарах деревянных конструкций:

• 1.    до температуры 100°С свойства древесины практически не меняются;

• 2.    при температуре 290°С происходит возгорание древесины и обгорание ее поверхности.

Обгорание поверхности происходит со скоростью 1,8 -2см за 30 минут, тем самым уменьшая поперечное сечение конструкции. Деревянные перекрытия старой конструкции, состоящие из деревянного пола, балок, наката, глинистой обмазки и песчаной засыпки, а также нижней обшивки и штукатурки теряют несущую способность через 40 минут с начала возгорания. Несущая способность поврежденных пожаром деревянных конструкций оценивается в зависимости от площади сечения неповрежденной древесины конструкции. Таким образом, все здания и сооружения представляют собой объекты, которые имеют ту или иную степень пожарной опасности и нуждаются в системе противопожарной защиты. Результаты воздействия высоких температур на элементы строительных конструкций вследствие когда-либо произошедшего там пожара в обязательном порядке должны рассматриваться и оцениваться при проведении экспертизы промышленной безопасности зданий и сооружений на опасных производственных объектах, при проведении планового технического обследования зданий и сооружений. Степень поврежденности конструкций, изменение физико-механических свойств материалов, вызванные пожаром, непременно должны учитываться при разработке рекомендаций по приведению зданий и сооружений в работоспособное состояние для обеспечения их дальнейшей безопасной эксплуатации.