Способ определения пожарной устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций здания

Использование: для определения времени наступления предела пожаро-устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций под рабочей нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия. Сущность заключается в том, что для определения времени наступления предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций под рабочей нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия неразрушающими испытаниями производят проверку единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций, затем измеряют опасные сечения, выявляют форму сжатых элементов, породу и сорт древесины, схему обогрева опасных сечений при пожаре, устанавливают критическую толщину слоя обугливания поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций, среднюю нормальную к поперечному сечению элемента скорость обугливания древесины и, используя полученные показатели качества элементов, по приведенной номограмме вычисляют величину предела пожаро-устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций здания. Технический результат: устранение огневых испытаний деревянных конструкций в здании; снижение трудоемкости в определении пожарной устойчивости элементов деревянных конструкций; расширение технологических возможностей определения фактической пожарной устойчивости различно нагруженных элементов деревянных конструкций любых размеров; возможность проведения испытания деревянных конструкций на пожарную устойчивость без нарушения функционального процесса в здании. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, далее - зданий. В частности оно может быть использовано для классификации деревянных конструкций зданий по показателем сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих или проектируемых конструкций с фактическим пределом пожаро-устойчивости в зданиях различных категорий по их пожарной опасности.

Необходимость определения показателей пожароустойчивости деревянных конструкций возникает при проектировании, эксплуатации и реконструирования здания, усиления его конструкций, приведения огнестойкости конструкций здания в соответствии с требованиями современных норм, при проведении экспертизы и восстановлении конструкций после пожара.

Известен способ определения пожарной устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций по результатам обобщения экспериментальных огневых испытаний. Этот способ включает определение положения сжатых элементов деревянных конструкций в здании и оценку предела пожароустойчивости (огнестойкости) некоторых видов колонн в зависимости от размеров поперечного сечения элемента и нанесенного слоя штукатурки /Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и группы возгораемости материалов/ ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1985. - С.28-31 (Несущие деревянные конструкции) / [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе не указано место разрушения сжатых элементов деревянных конструкций (опасные сечения) в условиях пожара, не учтены вид напряженного состояния, уровень нагружения и их влияние на величину предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций.

Кроме этого в алгоритм расчета предела пожароустойчивости элементов деревянных конструкций заложена весьма приближенная величина средней скорости обгорания элементов деревянных конструкций, которая не учитывает показатели качества древесины (см. п.2.37 [1]).

Известен способ определения пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций здания путем усовершенствованного расчета его фактической огнестойкости методом последовательных приближений.

При известном способе определения огнестойкости элементов деревянных конструкций их нагрев производят по режиму стандартного огневого испытания, упругие и теплофизические характеристики древесины во всех точках необугленной части сечения принимают одинаковыми. Предел огнестойкости сжатых элементов деревянных конструкций из условия потери его несущей способности при пожаре определяют как сумму времени воспламенения древесины (τ_ив) и времени обугливания поперечного сечения до наступления предельного состояния элемента (τ₀). Изменение геометрических характеристик обгорающих сечений элементов учитывают поправочными коэффициентами в зависимости от отношения глубины обугливания древесины и ширины (высоты) сечений элементов деревянных конструкций. Скорость обугливания древесины принимают постоянной, равной от 0,6 до 1 мм/мин. Время от начала огневого воздействия до воспламенения элементов деревянных конструкций принято в зависимости от способов огнезащиты древесины. Расчетная длина сжатых элементов деревянных конструкций приняты с учетом способа закрепления их концов /Мосалков И.Л., Плюсина Г.Ф., Фролов А.Ю. Огнестойкость строительных конструкций. - М.: Спецтехника, 2001. - С.201-236 (Расчет предела огнестойкости элементов деревянных конструкций)/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, является то, что в известном способе определения пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций используют весьма громоздкий алгоритм расчета геометрических характеристик их поперечных сечений. Скорость обугливания сжатых элементов деревянных конструкций принимают приближенно, без учета влияния на величину показателей качеств древесины, т.е. ее прочности, плотности и влажности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения пожароустойчивости (огнестойкости) сжатых элементов деревянных конструкций путем огневого испытания, включающего проведение технического осмотра (в том числе определение породы и сорта древесины, установление фактических и проектных размеров), выявление условий опирания элементов деревянных конструкций и их крепления, определение времени наступления предельного состояния по признаку потери несущей способности конструкций под нормативной нагрузкой в условиях стандартного теплового воздействия /ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: Изд-во стандартов, 1995. - 7 с./ [3] - принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе испытания проводят на образце конструкции, на который воздействуют только постоянные и длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности, равным единице, то есть проектные нормативные нагрузки.

Испытания проводят на специальном стендовом оборудовании в огневых печах до разрушения образцов конструкций. Размеры образцов ограничивают в зависимости от проемов стационарных печей. Следовательно, стандартные огневые испытания трудоемки, неэффективны, небезопасны, имеют малые технологические возможности для проверки на опыте различных по размерам и различно нагруженных конструкций, не дают необходимой информации о влиянии единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций на их пожароустойчивость. По малому числу испытуемых образцов (2-3 шт.) невозможно судить о действительном состоянии несущих конструкций здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов конструкций, их фактических размеров и схемы обогрева опасного сечения испытуемой конструкции в условиях пожара. Экономические затраты на проведение испытаний возрастают за счет расходов на демонтаж конструкции, транспортирование к месту установки нагревательных печей и на создание в них стандартного теплового режима.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления деревянных конструкций в условиях пожара; в определении фактических пределов пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций при проектировании, строительстве и/или эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании деревянных конструкций на пожарную устойчивость.

Технический результат - устранение огневых испытаний деревянных конструкций в здании; снижение трудоемкости в определении пожароустойчивости элементов деревянных конструкций; расширение технологических возможностей определения фактической пожароустойчивости различно нагруженных элементов деревянных конструкций любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с испытаниями аналогичных элементов деревянных конструкций здания; возможность проведения испытания сжатых элементов деревянных конструкций на пожароустойчивость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях сжатых элементов деревянных конструкций; упрощение условий и сокращение сроков испытания сжатых элементов деревянных конструкций на пожароустойчивость; использование полипараметрической номограммы для определения показателя пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций; повышение точности и экспрессивности испытания; получение возможности решения обратных задач пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций и применения метода подбора переменных значений ее конструктивных параметров; использование интегральных конструктивных параметров для определения пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления сжатых элементов деревянных конструкций; повышение достоверности результатов испытаний группы однотипных сжатых элементов деревянных конструкций; учет реального ресурса сжатых элементов деревянных конструкций по устойчивости условиях пожара использованием комплекса единичных показателей их качеств; увеличение достоверности определения меры огнезащиты сжатых элементов деревянных конструкций; упрощение учета влияния на предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций особенностей статической схемы работы; уточнение единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций, влияющих на ее пожарную устойчивость; возможность определения гарантированного предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций по их конструктивным параметрам.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения пожарной устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций здания, включающим проведение технического осмотра, выявление условий опирания элементов и их крепления, измерение геометрических размеров элементов деревянных конструкций, определение породы и сорта древесины, отличающийся тем, что производят неразрушающими испытаниями с применением существующих приборов поверку единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций: геометрические размеры элемента, плотность и влажность древесины, нормативное сопротивление древесины на сжатие, модуль упругости древесины вдоль волокон, номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей (нормативной) нагрузки и критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций, затем измеряют опасные сечения, выявляют форму сжатых элементов, схему опасных сечений при пожаре, после чего получают такие показатели качества деревянных конструкций, как момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций, усилие на сжатие от рабочей нормативной нагрузки, расчетная длина сжатых элементов, средняя нормальная к поперечному сечению скорость обугливания элементов, предел воспламенения, используя которые, а также геометрические размеры сжатых элементов деревянных конструкций по номограмме находят величину предела обгорания и/или гарантируемый предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций.

Кроме этого особенность способа заключается в том, что гарантируемый предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций, П_уэ, мин, определяют по формуле (1):

где τ_ив - наименьшее время воспламенения, по истечению которого элементы деревянных конструкций воспламеняются (предел воспламенения), мин;

τ₀ - предельное время обгорания, по истечению которого сжатые элементы деревянных конструкций теряют несущую способность (предел обгорания), мин, вычисляемое по формуле (2)

где В и Н - ширина и высота поперечного прямоугольного сечения, см;

J - момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций, см⁴, равный J=(B·H³)/12;

N_oc - усилие на сжатие от рабочей (нормативной) нагрузки, кН;

L₀ - расчетная длина сжатых элементов деревянных конструкций, см;

Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, равный 1000 кН/см²;

v₀ - средняя нормальная к поперечному сечению скорость обугливания сжатых элементов деревянных конструкций, см/мин.

Особенностью предложенного способа является то, что величину нормативной (рабочей) нагрузки на сжатые элементы деревянных конструкций (N_oc, кН) при определении их пожароустойчивости вычисляют по формуле (3)

где - нормативное усилие на сжатые элементы деревянных конструкции от собственного веса конструкций и временной длительной нагрузки, кН;

Особенностью предложенного способа является то, что расчетную длину сжатых элементов деревянных конструкций l₀, см, определяют по формуле (4)

где l - номинальная длина элемента, см;

μ₀ - коэффициент условий закрепления концов сжатых элементов деревянных конструкций (0,65-2,2).

Особенностью предложенного способа является то, что время (предел) воспламенения τ_ив, мин, сжатых элементов деревянных конструкций при стандартном тепловом воздействии принимают в зависимости от качества древесины и вида ее огнезащиты:

3 мин - для цельной древесины без огнезащиты;

4 и 5 мин - соответственно при огнезащите в виде поверхностной и глубокой пропитки антипиреном;

6 и 8 мин - при огнезащите эмалью и вспучивающимися красками типа ВПД;

1·δ, мин - при фосфатном покрытии толщиной δ, мм;

1,5·δ и 2·δ, мин - при облицовке элемента гипсокартонными листами и плитными материалами толщиной δ, мм;

3·δ, мин - при огнезащите цементно-песчаной штукатуркой или глино-песчаной обмазке толщиной δ, мм.

Особенностью предложенного способа является то, что среднюю нормальную к поперечному сечению скорость обугливания древесины сжатых элементов деревянных конструкций v₀, мм/мин, определяют по формуле (5):

где С - комплексный показатель условий обгорания сжатых элементов деревянных конструкций;

ρ - плотность древесины, г/см³ или т/м³;

e=2,72 - основание натурального логарифма;

ψ₀ - коэффициент условий расположения обогреваемых граней сжатых элементов деревянных конструкций в пространстве здания (1-1,33):

для боковых граней балочных элементов ψ₀₁=1;

для боковых граней вертикально расположенных сжатых элементов (стойка, колонны) ψ₀₂=1,2;

для нижних граней балочных элементов ψ₀₃=1,33.

Особенностью предложенного способа является то, что комплексный показатель условий обгорания поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций (С) определяют по формуле (6):

где В - ширина прямоугольного поперечного сечения, см;

R_н - нормативное сопротивление древесины на сжатие, МПа;

w - влажность древесины, %, по массе;

δ_cr - критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций, см.

Особенностью предложенного способа является то, что критическую толщину слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов δ_cr, см, определяют по формуле (7 или 8):

или приближенно

где В и Н - ширина и высота поперечного сечения сжатых элементов, см;

J - момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций, см⁴;

N_oc - усилие на сжатие от нормативной рабочей нагрузки, кН;

L₀ - расчетная длина сжатых элементов деревянных конструкций, см;

Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, равный 1000 кН/см²;

J_σ0 - расчетная номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки (0,1-1).

Особенностью предложенного способа является то, что расчетную номинальную интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки определяют по формуле (9):

где μ₀ - коэффициент расчетной длины сжатых элементов деревянных конструкций в зависимости от условий закрепления их концов (0,65-2,2);

J_н - номинальная интенсивность напряжении элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки (0,625).

Особенностью предложенного способа является то, что номинальную интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки определяют по формуле (10):

где К - коэффициент запаса по несущей способности сжатых элементов деревянных конструкций до начала огневых испытаний.

Особенностью предложенного способа является то, что за единичные показатели качества сжатых элементов деревянных конструкций, влияющие на предел их пожаро-устойчивости, принимают геометрические размеры элементов; плотность и влажность древесины в естественном состоянии, нормативное сопротивление древесины на сжатие, модуль упругости древесины вдоль волокон, номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки и критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций.

Особенностью предложенного способа является то, что гарантированный предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций вычисляют по приведенной номограмме путем решения обратной задачи пожароустойчивости.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем.

Устранение огневых испытаний сжатых элементов деревянных конструкций существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость определения их пожароустойчивости, расширяет технологические возможности выявления фактический пожароустойчивости различно нагруженных сжатых элементов деревянных конструкций любых размеров, дает возможность проведения испытания сжатых элементов деревянных конструкций на пожароопасность без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а также сопоставления полученных результатов со стандартными испытаниями аналогичных сжатых элементов деревянных конструкций и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его сжатых элементов деревянных конструкций в процесс испытания. Следовательно, условия испытания сжатых элементов деревянных конструкций на пожарную устойчивость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на демонтаж, транспортирование и огневые испытания сжатых элементов деревянных конструкций.

Применение математического описания процесса сопротивления сжатых элементов деревянных конструкций стандартному тепловому воздействию и использование построенной параметрической номограммы повышает точность и экспрессивность оценки их пожароустойчивости.

Применение номограммы удобно вследствие ее простоты, наглядности, возможности решения обратных задач пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций и применения метода подбора переменных значений их конструктивных параметров.

В предложенном техническом решении предусматривают проведение испытаний не одного, а группы однотипных сжатых элементов деревянных конструкций. Это позволяет в 5-15 раз увеличить число испытуемых сжатых элементов деревянных конструкций и повысить достоверность результатов испытаний и технического осмотра здания.

Определение пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций только по одному показателю качества, например, по толщине слоя огнезащитного покрытия, приводит, как правило, к недооценке их предела пожароустойчивости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций имеют различные знаки, и снижение предела пожароустойчивости за счет одного показателя может быть компенсировано другими.

Вследствие этого в предложенном способе оценку гарантируемого предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций.

В предложенном техническом решении учтен комплекс единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций, влияющих на их пожароустойчивость, определяемых неразрушающими испытаниями.

На фиг.1 приведена полипараметрическая номограмма для оценки гарантируемого предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций, обогрев 4-сторонний. Приведенная номограмма сетчатого типа. Внутри сеток нанесены наклонные линии. На каждом пучке линий или лучах нанесена стрелка, которая показывает направление возрастания переменного параметра. Наименование параметра в буквенном выражении и в единицах измерения поставлены на стрелке. Слева и справа от стрелки на лучах поставлены значения переменного параметра.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.

Последовательность действия способа определения пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций зданий состоит в следующем.

Сначала проводят технический осмотр здания. Затем определяют группу однотипных сжатых элементов деревянных конструкций и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных конструкций. Назначают комплекс единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций, влияющих на пожароустойчивость. Выявляют условия опирания, закрепления концов и опасные сечения конструкций. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества сжатых элементов деревянных конструкций в зависимости от его статической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества сжатых элементов деревянных конструкций и их интегральные параметры, и, наконец, по ним находят гарантируемый предел пожароустойчивости испытуемых сжатых элементов деревянных конструкций.

Под техническим осмотром понимают проверку состояния сжатых элементов деревянных конструкций, включающей выявление условий опирания сжатых элементов деревянных конструкций, определение породы и сорта древесины.

В процессе осмотра определяют группы однотипных сжатых элементов деревянных конструкций. Под группой сжатых элементов деревянных конструкций в здании понимают однотипные элементы, изготовленные и возведенные в сходных технологических условиях и находящихся в подобных условиях эксплуатации.

Схемы обогрева поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций в условиях пожара определяют в зависимости от фактического расположения сжатых элементов деревянных конструкций здания, укладки смежных конструкций, уменьшающих число сторон обогрева, устройства конструктивной огнезащиты.

К основным единичным показателям качества сжатых элементов деревянных конструкций, обеспечивающих пожарную устойчивость, относятся: геометрические размеры элемента, плотность и влажность древесины в естественном состоянии, нормативное сопротивление древесины на сжатие, модуль упругости древесины вдоль волокон, номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки и критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций.

Проверку единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций, включенных в выборку или проверяемых поштучно, производят неразрушающими испытаниями с применением существующих приборов.

Используя полученные показатели качества сжатых элементов деревянных конструкций: В и Н, см; J, см⁴; N_oc, кН; L₀, см; v₀, см/мин; τ_ив, мин, - по приведенной номограмме (см. фиг.1) находят величину предела обгорания τ₀, мин, и/или предела пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций - П_уэ, мин.

Гарантируемый предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций - П_{уэ гарант}, мин, вычисляют по номограмме (см. фиг.1) при соответствующем изменении конструктивных параметров: размеров поперечного сечения - В и Н, см; величины момента инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций - J, см⁴; усилия на сжатие от нормативной нагрузки - N_oc, кН; средней скорости обгорания древесины - v₀, см/мин; наименьшего времени (предела) воспламенения - τ_ив, мин.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

а) средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использовании в строительной промышленности, а именно в классификации сжатых элементов деревянных конструкций зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара;

б) для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

в) предложенный способ применен при натурном осмотре строительных конструкций складского блока площадью 1160 м в г. Самаре.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленно применимо".

Источники информации

1. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и группы возгораемости материалов / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1985. - С.28-31 (Несущие деревянные конструкции).

2. Мосалков И.Л., Плюсина Г.Ф., Фролов А.Ю. Огнестойкость строительных конструкций. - М.: Спецтехника, 2001. - С.201-236 (Расчет предела огнестойкости элементов деревянных конструкций).

3. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1995. - 7 с.

4. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М.: ГУП ЦПП, 1999. - 77 с.

5. СНиП II-25-80*. Деревянные конструкции. Пормы проектирования. - М., 1983. - 31 с.

1. Способ определения пожарной устойчивости сжатых элементов деревянных конструкций здания, включающего проведение технического осмотра, выявление условий опирания элементов и их крепления, измерение геометрических размеров элементов деревянных конструкций, определение породы и сорта древесины, отличающийся тем, что производят неразрушающими испытаниями с применением существующих приборов поверку единичных показателей качества сжатых элементов деревянных конструкций: геометрические размеры элемента, плотность и влажность древесины, нормативное сопротивление древесины на сжатие, модуль упругости древесины вдоль волокон, номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей (нормативной) нагрузки и критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций, затем измеряют опасные сечения, выявляют форму сжатых элементов, схему опасных сечений при пожаре, после чего получают такие показатели качества деревянных конструкций, как: момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций, усилие на сжатие от рабочей нормативной нагрузки, расчетная длина сжатых элементов, средняя нормальная к поперечному сечению скорость обугливания элементов, предел воспламенения, используя которые, а также геометрические размеры сжатых элементов деревянных конструкций по номограмме, находят величину предела обгорания и/или гарантируемый предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гарантируемый предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций, П_уэ, мин, определяют по формуле (1)

П_уэ=τ_ив+τ₀,

где τ_ив - наименьшее время (предел воспламенения), по истечению которого элементы деревянных конструкций воспламеняются, мин;

τ₀ - предельное время (предел обгорания), по истечению которого сжатые элементы деревянных конструкций теряют несущую способность, мин, вычисляемое по формуле (2)

где В и Н - ширина и высота поперечного прямоугольного сечения, см;

J - момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций, см⁴, равный J=(B·H³)/12;

N_oc - усилие на сжатие от рабочей нормативной нагрузки, кН;

L₀ - расчетная длина сжатых элементов деревянных конструкций, см;

Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, равный 1000 кН/см²;

ν₀ - средняя нормальная к поперечному сечению скорость обугливания сжатых элементов деревянных конструкций, см/мин.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что величину нормативной (рабочей) нагрузки на сжатые элементы деревянных конструкций (N_oc, кН) при определении пожароустойчивости вычисляют по формуле (3)

где γ_n - коэффициент уровня ответственности здания;

- нормативное усиление на сжатые элементы деревянных конструкций от собственного веса конструкций и временной длительной нагрузки, кН.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что расчетную длину сжатых элементов деревянных конструкций l₀, см, определяют по формуле (4)

l₀=μ₀·l;

где μ₀ - коэффициент условий закрепления концов сжатых элементов деревянных конструкций (0,65-2,2);

l - номинальная длина сжатых элементов деревянных конструкций, см.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что время (предел) воспламенения τ_ив, мин, сжатых элементов деревянных конструкций при стандартном тепловом воздействии принимают в зависимости от качества древесины и вида ее огнезащиты:

3 мин - для цельной древесины без огнезащиты;

4 и 5 мин - соответственно при огнезащите в виде поверхностной и глубокой пропитки антипиреном;

6 и 8 мин - при огнезащите эмалью и вспучивающимися красками типа ВПД;

1·δ, мин - при фосфатном покрытии толщиной δ, мм;

1,5·δ и 2·δ, мин - при облицовке элемента гипсокартонными листами и плитными материалами толщиной δ, мм;

3·δ, мин - при огнезащите цементно-песчаной штукатуркой или глино-песчаной обмазке толщиной δ, мм.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что среднюю нормальную к поперечному сечению скорость обугливания древесины сжатых элементов деревянных конструкций ν₀, мм/мин, определяют по формуле (5)

где С - комплексный показатель условий обгорания сжатых элементов деревянных конструкций;

ρ - плотность древесины, г/см³ или т/м³;

е=2,72 - основание натурального логарифма;

ψ₀ - коэффициент условий расположения обогреваемых граней сжатых элементов деревянных конструкций в пространстве здания (1-1,33):

для боковых граней балочных элементов ψ₀₁=1;

для боковых граней вертикально расположенных сжатых элементов (стойка, колонны) ψ₀₂=1,2;

для нижних граней балочных элементов ψ₀₃=1,33.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что комплексный показатель условий обгорания поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций (С) определяют по формуле (6)

где В - ширина прямоугольного поперечного сечения, см;

R_н - нормативное сопротивление древесины на сжатие, МПа;

w - влажность древесины, %, по массе;

δ_cr - критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций, см.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что критическую толщину слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций δ_cr, см, определяют по формуле (7 или 8)

δ_cr=0,5·(Н-1,13·J^0,03·(N_oc·L₀ ²/Е_в)^0,22

или приближенно

где В и Н - ширина и высота поперечного сечения сжатых элементов, см;

J - момент инерции поперечного сечения сжатых элементов деревянных конструкций,см⁴;

N_oc - усилие на сжатие от нормативной рабочей нагрузки, кН;

L₀ - расчетная длина сжатых элементов деревянных конструкций, см;

Е_в - модуль упругости древесины вдоль волокон, кН/см²;

J_σ0 - расчетная номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки (0,1-1).

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что расчетную номинальную интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки определяют по формуле (9)

где - коэффициент расчетной длины сжатых элементов деревянных конструкций в зависимости от условий закрепления их концов (0,65-2,2);

J_н - номинальная интенсивность напряжений в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки (0,625).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что номинальную интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки определяют по формуле (10)

J_н=1/K,

где К - коэффициент запаса по несущей способности сжатых элементов деревянных конструкций до начала огневых испытаний.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества сжатых элементов деревянных конструкций, влияющие на предел их пожароустойчивости, принимают геометрические размеры элементов; плотность и влажность древесины в естественном состоянии, нормативное сопротивление древесины на сжатие, модуль упругости древесины вдоль волокон, номинальная интенсивность напряжений элементов в опасных сечениях элементов от рабочей нормативной нагрузки и критическая толщина слоя обугливания прямоугольных поперечных сечений сжатых элементов деревянных конструкций.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что гарантированный предел пожароустойчивости сжатых элементов деревянных конструкций вычисляют по приведенной номограмме путем решения обратной задачи пожароустойчивости.