способ определения огнестойкости каменных стен здания

Формула изобретения

1. Способ определения огнестойкости каменных стен здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление марок кирпича, камня и раствора каменной кладки, выявление условий опирания и крепления стен, установление предельного состояния каменных стен по огнестойкости, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости каменных стен под нормативной нагрузкой в условиях одностороннего теплового воздействия стандартного пожара, отличающийся тем, что испытание каменных стен проводят без разрушения, используя комплекс единичных показателей качества неармированных каменных стен, назначают число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества, технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров каменных стен в их опасных сечениях, выявляют схему нагрева опасных сечений каменных стен при пожаре, находят временное сопротивление сжатию каменной кладки, устанавливают нормативную нагрузку на каменные стены при испытании на огнестойкость, определяют величину интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях стен, и, используя полученные параметры единичных показателей качества неармированных каменных конструкций:

h - минимальный размер толщины каменных стен, мм;

К - коэффициент, учитывающий сочетание условий опирания каменных стен и величины их продольного изгиба (0,05÷1);

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стен, мм²/мин;

J _о - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении стен (0÷0,95);

R_u - временное сопротивление сжатию каменной кладки, МПа,

по номограммам вычисляют фактический предел огнестойкости неармированной каменной стены по потере целостности, несущей и теплоизолирующей способности F_u(REJ), мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность сопротивления неармированных каменных стен от начала одностороннего теплового воздействия стандартного пожара до потери несущей способности F_u(R), мин, определяют по номограмме, используя следующие интегральные параметры:

h - минимальный размер толщины стены, мм;

К - коэффициент, учитывающий сочетание вида опирания каменных стен и величины их продольного изгиба (0,05÷1);

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стены, мм²/мин;

J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении стен (04-0,95);

R_u - временное сопротивление сжатию каменной кладки, МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность силовых напряжений в опасном сечении каменных стен от нормативной нагрузки при испытании на огнестойкость определяют из условия (1)

J _o= _n·(R/R_u )·(N /N_cc)

где J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении (0÷0,95);

_n - коэффициент уровня ответственности конструкций стен здания;

R_u; R - временное и расчетное сопротивление сжатию кладки, МПа;

N_cc; N - несущая способность и нормативная нагрузка каменных стен, кН.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что показатель тепловой диффузии материала стен D_km, мм ²/мин, определяют экспериментально при температуре t _m=450°C или находят из математического выражения (2)

где ₀ и С_о - соответственно коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С), и удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С), кладки при t _н=20°C;

t_m - температура нагрева материала по сечению стен (450°С);

b и d - термические показатели теплопроводности (Вт/(м·С)) и удельной теплоемкости (кДж/(кг·°С)) материала;

и _с - соответственно влажность материала, % по массе, и средняя плотность сухого материала каменных стен, кг/м³.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества неармированных каменных стен, влияющие на предел огнестойкости по потере несущей способности F_u(R), мин, принимают геометрические размеры, условия опирания и закрепления каменных стен, минимальный размер толщины стен в опасном сечении, коэффициент продольного изгиба, временное сопротивление сжатию каменной кладки, несущую способность каменных стен и нормативную нагрузку на них при испытании на огнестойкость, коэффициент запаса по несущей способности стен, интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; показатели влажности, плотности, теплопроводности, теплоемкости и тепловой диффузии материала каменных стен.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества каменных стен, влияющие на предел огнестойкости по потери теплоизолирующей способности F_u(J), мин, принимают минимальный размер толщины стен, показатели влажности и плотности, коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость кладки стен; показатели тепловой диффузии материала каменных стен при осредненной температуре нагрева t _m=450°C.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность сопротивления каменных стен от начала одностороннего огневого воздействия стандартного пожара до потери теплоизолирующей способности F_u(J), мин, вычисляют по номограмме, используя следующие интегральные параметры:

h - минимальный размер толщины стен, мм;

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стен, мм²/мин.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину коэффициента условий платформенного опирания каменных стен на жесткое основание принимают равным К_o=1; при опирании на упругопластическое основание по цементному раствору вычисляют по формуле (3)

К_o=0,85-( _шв-5)/150;

где К _o - коэффициент условий платформенного опирания стен на упругопластическое основание (0,75÷0,85);

_шв - толщина растворного шва (5÷20 мм).

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность сопротивления неармированных каменных стен от начала одностороннего теплового воздействия стандартного пожара до потери целостности F_u(E), мин, вычисляют по формуле (4)

F_u(E)=0,99·F_u(R) , мин.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисленный предел огнестойкости каменных стен по потере несущей способности F_u(R), мин, и целостности F _u(E), мин, сравнивают с пределом огнестойкости по потере теплоизолирующей способности F_u(J), мин, принимая за фактический предел огнестойкости стен по потере целостности, несущей и теплоизолирующей способности F_u(REJ) , мин, наименьшее из полученных значений.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют гарантированный предел огнестойкости неармированных каменных стен по номограммам путем решения обратной задачи огнестойкости.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что неразрушающие испытания проводят для группы однотипных неармированных каменных стен, различия между прочностью кирпича, камня и раствора которых обусловлены, главным образом, случайным фактором.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что число испытаний n_ис единичного показателя качества каменных стен при вероятности результата 0,95 и точности 5% принимают по формуле (5)

n_ис=0,15· ² 6

где - выборочный коэффициент вариации результатов испытаний, %.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда все единичные показатели качества каменных стен при М более 9 шт. находятся в контрольных пределах, минимальное целое число стен в выборке по плану сокращенных испытаний М _мин, шт. назначают из условия (6)

M _мин=0,3·(15+M^0,5) 5;

где М - число однотипных каменных стен в здании, шт.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества каменных стен выходит за границы контрольных пределов, минимальное число испытуемых стен в выборке по норме вычисляют по формуле (7)

М_н=5+М^0,5 8.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества каменных стен выходит за границы допустимых пределов или М 5 шт., неразрушающему испытанию подвергают все однотипные стены здания поштучно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений (далее - «зданий»), В частности, оно может быть использовано для классификации неармированных каменных конструкций зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара. Это дает возможность обоснованного использования существующих каменных конструкций с фактическим пределом огнестойкости в зданиях различных категорий по их пожарной опасности.

Необходимость определения показателей огнестойкости каменных стен и перегородок (далее - «стен») возникает при реконструкции здания, усилении его частей и элементов, приведении огнестойкости каменных стен здания в соответствие с требованиями современных норм, при проведении экспертизы и/или восстановлении каменных конструкций после пожара.

При реконструкции здания возможно переустройство и перепланировка помещений, изменение их функционального назначения, замена каменных стен и оборудования. Это влияет на изменение требуемой огнестойкости здания и его огнепреграждающих конструкций.

Известен способ определения огнестойкости каменных стен и перегородок здания по результатам изучения последствий натурного пожара. Этот способ включает определение положения стен в здании, оценку состояния конструкции путем осмотра и измерения, изготовление контрольных образцов камня, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности конструкции, то есть обрушения в условиях действия внешней нагрузки и теплового воздействия /Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979. С.34-35; 90/ [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе пределы огнестойкости определяют приближенно по результатам исследования последствий прошедшего пожара. Детальное исследование предопределяет длительную работу эксперта. При этом невозможно определить огнестойкость натурных каменных стен, имеющих другие размеры и другую внешнюю нагрузку. Затруднительно сопоставление полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных каменных стен. Следовательно, этот способ дорог, имеет малую технологическую возможность к повторным испытаниям, трудоемок и опасен для испытателей.

Известен способ оценки огнестойкости каменных стен здания по результатам натурных огневых испытаний фрагмента зданий, в котором производят осмотр конструкций, определяют влажность материала стены, назначают статическую нагрузку на конструкцию соответственно реальным условиям эксплуатации здания, определяют факторы, влияющие на огнестойкость испытуемой конструкции, и величину предела огнестойкости /НПБ 233-97. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования. - М.: ВНИИПО, 1997. - С.6-12/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе велики экономические затраты на проведение огневых испытаний, наблюдения за состоянием каменных стен в условиях экспериментального пожара затруднено и небезопасно, вследствие различий теплового режима опытного и стандартного пожаров затруднено определение истинных значений пределов огнестойкости каменных стен, причины разрушения каменных стен фрагмента могут быть не установлены вследствие многообразия одновременно действующих факторов пожара. Предельное состояние по огнестойкости каменной стены может быть не достигнуто из-за более раннего разрушения изгибаемых элементов покрытия фрагмента /Огнестойкость зданий. / В.П.Бушев, В.А.Пчелинцев, B.C.Федоренко, А.И.Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. - С.252-256/ [3].

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения огнестойкости каменных стен здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление вида, камня и раствора стены, выявление условия их опирания и крепления, определение времени наступления предельного состояния по потере несущей способности стены под нормативной нагрузкой в условиях стандартного пожара /ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: Издательство стандартов, 1995. - 7 с./ [4]; - 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 образцах каменных стен, на которые 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 каменной конструкции. Размеры образцов ограничивают в зависимости от проемов стационарных печей. Следовательно, стандартные огневые испытания трудоемки, не эффективны, не безопасны, имеют малые технологические возможности для проверки на опыте различных по размерам и различно нагруженных каменных конструкций, не дают необходимой информации о влиянии единичных показателей качества каменной конструкции на ее огнестойкость. Определение огнестойкости каменной конструкции по единичному показателю качества, например, по толщине стены, как правило, недооценивает пригодность эксплуатации каменной конструкции в здании заданной степени огнестойкости. Экономические затраты на проведение испытаний возрастают за счет расходов на возведение образца каменной конструкции по месту установки нагревательных печей и на создание в них стандартного теплового режима. По малому числу испытуемых образцов (2-3 шт.) невозможно судить о действительном состоянии каменных конструкций здания. Результаты огневого испытания единичны и не учитывают разнообразия в закреплении концов каменных стен, их фактических размеров, схемы обогрева опасного сечения испытуемых стен.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в установлении показателей пожарной безопасности здания в части гарантированной длительности сопротивления неармированных каменных стен в условиях пожара; в определении фактических (проектных) пределов огнестойкости каменных стен и перегородок при проектировании, строительстве и/или эксплуатации здания; в снижении экономических затрат при испытании конструкций на огнестойкость.

Технический результат - устранение огневых испытаний каменных конструкций в здании или его фрагменте; снижение трудоемкости определения огнестойкости каменных стен и перегородок; расширение технологических возможностей определения фактической огнестойкости различно нагруженных каменных стен любых размеров и возможность сопоставления полученных результатов с испытаниями аналогичных конструкций здания; возможность проведения испытания каменных стен на огнестойкость без нарушения функционального процесса в здании; снижение экономических затрат на испытание; сохранение эксплуатационной пригодности здания при обследовании и неразрушающих испытаниях каменных стен; упрощение условий и сокращение сроков испытания каменных стен на огнестойкость; использование номограммы для определения огнестойкости каменных стен; повышение точности и экспрессивности испытания; получение возможности решения обратных задач огнестойкости стен и применения метода подбора переменных значений ее конструктивных параметров; использование интегральных конструктивных параметров для определения огнестойкости каменных конструкций и упрощение математического описания процесса термического сопротивления нагруженных каменных стен; повышение достоверности результатов испытаний группы однотипных каменных стен; учет реального ресурса каменных стен на предел огнестойкости использованием комплекса единичных показателей их качеств; уточнение единичных показателей качества неармированных каменных стен, влияющих на их огнестойкость; возможность определения гарантированного предела огнестойкости каменных стен по конструктивным параметрам.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе определения огнестойкости каменных стен здания путем испытания, включающего проведение технического осмотра, установление марок кирпича, камня и раствора каменной кладки, выявление условий опирания и крепления стен, установление предельного состояния каменных стен по огнестойкости, определение времени наступления предельного состояния по огнестойкости каменных стен под нормативной нагрузкой в условиях одностороннего теплового воздействия стандартного пожара, особенность заключается в том, что испытание каменных стен проводят без разрушения, используя комплекс единичных показателей качества неармированных каменных стен, назначают число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества, технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров каменных стен в их опасных сечениях, выявляют схему нагрева опасных сечений каменных стен при пожаре, находят временное сопротивление сжатию каменной кладки, устанавливают нормативную нагрузку на каменные стены при испытании на огнестойкость, определяют величину интенсивности силовых напряжений в опасных сечениях стен, и, используя полученные параметры единичных показателей качества неармированных каменных конструкций:

h - минимальный размер толщины каменных стен, мм;

К - коэффициент, учитывающий сочетание условий опирания каменных стен и величины их продольного изгиба (0,05÷1);

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стен, мм²/мин,

J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении стен (0÷0,95);

R_u - временное сопротивление сжатию каменной кладки, МПа;

по номограммам вычисляют фактический предел огнестойкости неармированной каменной стены по потери целостности, несущей и теплоизолирующей способности F_u(REJ), мин.

Следующая особенность предложенного способа заключается в том, что длительность сопротивления неармированных каменных стен от начала одностороннего теплового воздействия стандартного пожара до потери несущей способности F_u(R), мин, определяют по номограмме, используя следующие интегральные параметры:

h - минимальный размер толщины стены, мм;

К - коэффициент, учитывающий сочетание вида опирания каменных стен и величины их продольного изгиба (0,05÷1);

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стены, мм²/мин;

J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении стен (0÷0,95);

R_u - временное сопротивление сжатию каменной кладки, МПа.

Особенность предложенного способа заключается в том, что интенсивность силовых напряжений в опасном сечении каменных стен от нормативной нагрузки при испытании на огнестойкость определяют из условия (1):

где J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении (0÷0,95);

_n - коэффициент уровня ответственности конструкций стен здания;

N_cc; N - несущая способность и нормативная нагрузка каменных стен, кН;

R_u; R - временное и расчетное сопротивление сжатию кладки, МПа.

Особенность предложенного способа заключается в том, что показатель тепловой диффузии материала стен D_кm, мм²/мин, определяют экспериментально при температуре t _m=450°C или находят из математического выражения (2):

где ₀ и С_о - соответственно коэффициент теплопроводности (Вт/(м·°С)) и удельная теплоемкость (кДж/(кг·°С)) кладки при t _н=20°C;

t_m - температура нагрева материала по сечению стен (450°С);

b и d - термические показатели теплопроводности (Вт/(м·С)) и удельной теплоемкости (кДж/(кг·°С)) материала;

и _с - соответственно влажность материала, %, по массе, и средняя плотность сухого материала каменных стен, кг/м³.

Особенность предложенного способа заключается в том, что за единичные показатели качества неармированных каменных стен, влияющие на предел огнестойкости по потери несущей способности F_u(R), мин, принимают: геометрические размеры, условия опирания и закрепления каменных стен, минимальный размер толщины стен в опасном сечении, коэффициент продольного изгиба, временное сопротивление сжатию каменной кладки, несущую способность каменных стен и нормативную нагрузку на них при испытании на огнестойкость, коэффициент запаса по несущей способности стен, интенсивность силовых напряжений в опасном сечении; показатели влажности, плотности теплопроводности, теплоемкости и тепловой диффузии материала каменных стен.

Особенность предложенного способа заключается в том, что за единичные показатели качества каменных стен, влияющие на предел огнестойкости по потери теплоизолирующей способности F _u(J), мин, принимают: минимальный размер толщины стен, показатели влажности и плотности, коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость кладки стен; показатели тепловой диффузии материала каменных стен при осредненной температуре нагрева t _m=450°C.

Особенность предложенного способа заключается в том, что длительность сопротивления каменных стен от начала одностороннего огневого воздействия стандартного пожара до потери теплоизолирующей способности F_u(J), мин, вычисляют по номограмме, используя следующие интегральные параметры:

h - минимальный размер толщины стен, мм;

D _кm - показатель тепловой диффузии материала стены, мм ²/мин.

Особенность предложенного способа заключается в том, что величину коэффициента условий платформенного опирания каменных стен на жесткое основание принимают равным К _o=1; при опирании на упругопластическое основание по цементному раствору - вычисляют по формуле (3):

где К₀ - коэффициент условий платформенного опирания стен на упруго-пластическое основание (0,75÷0,85);

_шв - толщина растворного шва (5÷20 мм).

Особенность предложенного способа заключается в том, что длительность сопротивления неармированных каменных стен от начала одностороннего теплового воздействия стандартного пожара до потери целостности F_u(E), мин, вычисляют по формуле (4):

Особенность предложенного способа заключается в том, что вычисленный предел огнестойкости каменных стен по потери несущей способности F_u(R), мин, и целостности F_u(E), мин, сравнивают с пределом огнестойкости по потери теплоизолирующей способности F_u(J) , мин, принимая за фактический предел огнестойкости стен по потери целостности, несущей и теплоизолирующей способности F _u(REJ), мин, наименьшее из полученных значений.

Особенность предложенного способа заключается в том, что дополнительно вычисляют гарантированный предел огнестойкости неармированных каменных стен по номограммам путем решения обратной задачи огнестойкости.

Особенность предложенного способа заключается в том, что неразрушающие испытания проводят для группы однотипных неармированных каменных стен, различия между прочностью кирпича, камня и раствора которых обусловлены главным образом случайным фактором.

Особенность предложенного способа заключается в том, что число испытаний n_ис единичного показателя качества каменных стен при вероятности результата 0,95 и точности 5% принимают по формуле (5):

где - выборочный коэффициент вариации результатов испытаний, %.

Особенность предложенного способа заключается в том, что в случае, когда все единичные показатели качества каменных стен при М более 9 шт. находятся в контрольных пределах, минимальное целое число стен в выборке по плану сокращенных испытаний М _мин, шт., назначают из условия (6):

где М - число однотипных каменных стен в здании, шт.

Особенность предложенного способа заключается в том, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества каменных стен выходит за границы контрольных пределов, минимальное число испытуемых стен в выборке по норме вычисляют по формуле (7):

Особенность предложенного способа заключается в том, что в случае, когда хотя бы один из единичных показателей качества каменных стен выходит за границы допустимых пределов или М 5 шт., неразрушающему испытанию подвергают все однотипные стены здания поштучно.

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

Устранение огневых испытаний каменных стен существующего здания и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость определения их огнестойкости, расширяет технологические возможности выявления фактической огнестойкости различно нагруженных каменных стен любых размеров, дает возможность проведения испытания каменных стен на огнестойкость без нарушения функционального процесса обследуемого здания, а так же сопоставления полученных результатов со стандартными испытаниями аналогичных неармированных каменных стен и сохранения эксплуатационной пригодности обследуемого здания без нарушения несущей способности его конструкций в процессе испытания. Следовательно, условия испытания каменных стен на огнестойкость значительно упрощены.

Снижение экономических затрат на проведение испытания предусматривают за счет уменьшения расходов на возведение и огневые испытания образцов конструкций.

Применение математического описания процесса сопротивления неармированных каменных стен стандартному тепловому испытанию и использование построенных параметрических номограмм повышает точность и экспрессивность оценки их огнестойкости.

Применение номограмм удобно вследствие простоты и наглядности, возможности решения обратных задач огнестойкости неармированных каменных стен и применения метода подбора переменных значений их конструктивных параметров.

Использование интегральных параметров, как-то: степени напряжения расчетного сечения каменных стен и показателя тепловой диффузии каменной кладки, упрощает математическое описание процесса сопротивления огнепреграждающих конструкций тепловому воздействию.

В предложенном техническом решении предусматривают проведение испытаний не одной, а группы однотипных каменных стен. Это позволяет в 5-15 раз увеличить число испытуемых конструкций и повысить достоверность результатов испытаний и технического осмотра здания. Определение огнестойкости каменных стен только по одному показателю качества, например по толщине стен или перегородок, приводит, как правило, к недооценке их предела огнестойкости, поскольку влияние на него вариаций единичных показателей качества каменных стен имеют различные знаки, и снижение огнестойкости за счет одного показателя может быть компенсировано другими. Вследствие этого в предложенном способе оценку огнестойкости каменных стен предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это позволяет более точно учесть реальный ресурс огнестойкости каменных стен и перегородок.

Уточнен комплекс единичных показателей качества каменных стен и перегородок, влияющих на их пределы огнестойкости, определяемых неразрушающими испытаниями.

Уточнено минимальное число неразрушающих испытаний единичного показателя качества неармированных каменных стен. Принятая величина выборки из общего числа однотипных каменных стен здания обеспечивает достоверность, снижает сроки и трудоемкость проведения испытаний.

На фиг.1 приведена номограмма №1 для определения огнестойкости каменных стен и перегородок по потери несущей способности F_u(R), мин(ч), при одностороннем нагреве в условиях пожара. 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. Порядок производства отсчетов или "ключ":

h(мм)-К -D_кm(мм² /мин)-J _o-R_bn(МПа)-F _ur(мин(ч)).

На фиг.2 приведена номограмма №2 для определения предела огнестойкости каменных стен и перегородок по потери теплоизолирующей способности F_u(J) , мин(ч), при одностороннем нагреве в условиях пожара. Порядок производства отсчетов или "ключ":

h(мм)-D _кm(мм²/мин)-F_u(J) (мин (час)).

Теплофизические характеристики строительных материалов для каменных кладок (включая значения D _кm, мм²/мин) приведены в табл.1.

Здесь ₀ и С₀ - соответственно значения теплопроводности, Вт/м·°С, и теплоемкости, кДж/кг·°С, строительных материалов при t _н=20°С;

b и d - соответственно термические коэффициенты теплопроводности и теплоемкости материалов, умноженные на 1000.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата. Последовательность действия способа определения огнестойкости каменных стен и перегородок зданий состоит в следующем.

Сначала проводят визуальный осмотр здания. Затем определяют группу однотипных неармированных каменных стен и их общее число в ней. Вычисляют величину выборки однотипных конструкций. Назначают комплекс единичных показателей качества каменных стен, влияющих на огнестойкость. Выявляют условия закрепления концов и опасные сечения каменных стен и перегородок. Вычисляют число испытаний единичного показателя качества каменных стен в зависимости от его статистической изменчивости. Затем оценивают единичные показатели качества каменных стен и их интегральные параметры и, наконец, по ним находят предел огнестойкости испытуемых стен.

Под визуальным осмотром понимают проверку состояния каменных стен, включающую выявление условий закрепления отдельных стен, определение марки кирпича и раствора, наличие трещин и отколов, минимальный размер толщины стены или перегородки.

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

Для поверочных расчетов несущей способности неармированных каменных стен определяют высоту и толщину стен, расстояние между перекрытиями здания, отношение высоты стены к ее толщине;

вид каменных стен: несущие, самонесущие, пожарные стены, перегородки, из панелей и крупных блоков, с облицовками;

вид опор каменных стен: жесткие (l₀=0,7·Н), упругие;

толщина раствора под опорами; деформационные швы в стенах, расстояние между швами;

вид каменной кладки: из кирпича или керамических камней, из бетонных или природных камней; из ячеисто-бетонных камней;

тип кладки в зависимости от марок кирпича и камней; группа кладки в зависимости от марок раствора; вид кладки: армированная, неармированная.

Минимальное целое число конструкций в выборке по плану нормальных или сокращенных испытаний назначают из условий (6 и 7).

Пример 1. При числе однотипных каменных стен в группе М=120 шт., число испытуемых принимают по норме М_н=5+М ^0,5=5+120^0,5=16 шт., по сокращенному плану М_мин=0,3·(15+М ^0,5)=0,3·(15+120^0,5) 8 шт.

При числе каменных стен в группе М 5 их проверяют поштучно.

Число и место расположения участков, в которых определяют показатели качества каменных стен, определяют так. В каменных стенах, имеющих одно опасное сечение, участки располагают только в этом сечении. В каменных стенах, имеющих несколько опасных сечений, испытуемые участки располагают равномерно по поверхности с обязательным расположением части участков в опасных сечениях.

К основным единичным показателям качества неармированных каменных стен, определяющих огнестойкость, относятся: геометрические размеры стен и минимальные размеры толщины опасного сечения; условия опирания стены, величина коэффициента продольного изгиба; прочность каменной кладки на сжатие, влажность, плотность, теплопроводность и теплоемкость в естественных условиях; показатель тепловой диффузии каменной кладки (коэффициент температуропроводности) в условиях пожара.

Число испытаний единичного показателя качества каменных стен при вероятности результата, равном 0,95, и показателе точности 5% определяют по формуле (5); при этом коэффициент вариации выборки =±100· /А; среднее арифметическое А=(1/n)· m_i, (здесь m_i - результат i-го испытания); среднее квадратическое отклонение от среднего

=±[(1/(n-1))· (x_i)²] ^0,5;

(здесь (x_i)² - сумма квадратов всех отклонений от среднего);

средняя ошибка А=± /(2·n)^0,5.

Проверяемыми геометрическими размерами являются минимальный размер толщины стены и ее высота. Опасные сечения каменных стен назначают в местах наибольших моментов от действия нормативной нагрузки при испытаниях на огнестойкость.

Размеры стен проверяют с точностью ±1 мм; ширину трещин - с точностью до 0,05 мм.

Проверку прочности кирпича, камней и раствора каменных конструкций, включенных в выборку или проверяемых поштучно, производят неразрушающими испытаниями с применением механических и ультразвуковых приборов [1, с.31-38].

Показатели тепловой диффузии каменной кладки в условиях теплового воздействия определяют при 450°С. Для расчета интегрального его параметра по формуле (3) определяют плотность каменной кладки и бетона в естественном состоянии, их влажность, а так же коэффициенты теплопроводности и удельную теплоемкость кладки при 450°С.

Используя полученные интегральные параметры h, мм; К , R_u, МПа; R _bn, МПа; D_кm, мм² /мин; J _o, по номограмме (см. фиг.1) находят предел огнестойкости неармированных каменных стен или перегородок здания.

Гарантированный предел огнестойкости каменных стен, F_u(REJ) , мин, вычисляют по номограмме (см. фиг.1, фиг.2) при соответствующем изменении конструктивных параметров: толщине стены h, мм, коэффициенте сочетания условий опирания стены и ее продольного изгиба К = ·К_on, показателе временного сопротивления сжатию каменной кладки R_u , МПа, показателе тепловой диффузии каменной кладки, D _кm, мм²/мин и интенсивности силовых напряжений J ₀=0÷0,95.

Проверку достоверности полученного по номограмме (фиг.1) предела огнестойкости неармированных каменных стен по потере несущей способности F_u(R) , мин, проводят по математической зависимости (8):

где К_on - коэффициент условий опирания стены (0,75÷1);

m _о - коэффициент условий обогрева сечения стен:

m _о=(Р/Р_о)^1,2 ;

Р и Р_o - соответственно периметр и обогреваемая часть периметра поперечного сечения стен, мм;

- коэффициент продольного изгиба стены (0,05÷1);

h - минимальный размер толщины стены, мм;

J _o - интенсивность силовых напряжений в опасном сечении стены (0÷0,95);

D_кm - показатель тепловой диффузии кладки, мм²/мин;

R_n - временное сопротивление сжатию каменной кладки, МПа, определяемое по формуле (3) СНиП II-22-81:

R_u=k·R,

где k=2,0 - для кладки из кирпича и камней всех видов; k=2,5 - для кладки из ячеисто-бетонных блоков (см. табл.14 СНиП II-22-81);

R - расчетное сопротивление сжатию кладки, МПа, принимаемое по табл.2÷9 СНиП II-22-81.

Проверку достоверности полученного по номограмме (фиг.2) предела огнестойкости каменных стен или перегородок по потере теплоизолирующей способности F_u(J), мин, проводят по формуле (9):

где h - минимальный размер толщины стены, мм.

D_кm - показатель тепловой диффузии материала стены, мм²/мин.

Предложенный способ применен при натурном осмотре каменных перегородок жилого здания в г.Самаре. Результаты неразрушающих испытаний каменных перегородок h=120 мм; D_кm=20 мм² /мин; К =0,75; J _o=0,3; R_u=3 МПа, - показали пределов огнестойкости: по потери несущей способности и целостности F_u(RE)=140 мин (2,3 ч); то же, по потери теплоизолирующей способности F_u(J)=160 мин (2,7 ч); фактический (минимальный) предел огнестойкости перегородки F_u(REJ)=140 мин (2,3 ч).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1979. - 128 с (см. с.16; 34-35).

2. Здания и фрагменты зданий. Метод натурных огневых испытаний. Общие требования. НПБ 233-97. - М.: ВНИИПО, 1997. - 14 с.

3. Огнестойкость зданий / В.П.Бушев, В.А.Пчелинцев, А.И.Яковлев. - М.: Стройиздат, 1970. - 261 с. (см. с.252-256).

4. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. - М.: 1995. - 7 с.

5. СниП II-22-81. Каменные и аркокаменные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1983. - 40 с.