Обеспечение огнестойкости зданий: структура и методика выполнения курсовой работы

Ежегодно пожары становятся причиной до 70% всех чрезвычайных ситуаций, что подчеркивает исключительную важность грамотного проектирования безопасности зданий. Ключевую роль в этом процессе играет огнестойкость строительных конструкций, так как именно она предотвращает обрушение и дает людям время на эвакуацию. Проектирование с учетом требований пожарной безопасности — это не просто рекомендация, а обязательная инженерная практика, жестко регламентированная Федеральным законом №123-ФЗ. Курсовая работа по данной теме является фундаментальным упражнением, позволяющим на практике освоить методы расчета и обеспечения защиты зданий, что является основой для сохранения жизни и здоровья людей.

Как заложить надежный фундамент для курсовой работы: теория и нормативы

Прежде чем приступать к расчетам, необходимо овладеть базовым понятийным аппаратом и нормативной базой. Центральным понятием в этой области является предел огнестойкости (REI) — это промежуток времени, в течение которого конструкция способна выдерживать воздействие огня, не теряя своих ключевых функций.

Этот показатель состоит из трех предельных состояний:

• R (Loss of load-bearing capacity): Потеря несущей способности, то есть обрушение конструкции.
• E (Loss of integrity): Потеря целостности, выражающаяся в появлении сквозных трещин или отверстий, через которые проникают пламя или продукты горения.
• I (Loss of thermal insulating ability): Потеря теплоизолирующей способности, когда температура на необогреваемой поверхности конструкции повышается до критических значений.

Вся работа по проектированию и расчету огнестойкости опирается на строгую иерархию нормативных документов. Основополагающим является ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Его положения конкретизируются в сводах правил (СП), главным из которых является СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты». Эти документы также вводят понятие степеней огнестойкости зданий (от I до V), которые напрямую связывают требуемые пределы огнестойкости для каждой конкретной конструкции (стены, колонны, перекрытия) с классом и назначением самого здания.

Первый практический шаг, или как правильно описать объект исследования

Любой расчет начинается с тщательного сбора и описания исходных данных. В курсовых работах в качестве объекта исследования обычно выступают чертежи и пояснительные записки реальных или типовых проектов. Это отправная точка, от полноты которой зависит точность всей последующей работы.

Перед началом анализа необходимо составить исчерпывающую характеристику объекта, которая должна включать:

1. Функциональное назначение здания: жилое, общественное, производственное и т.д.
2. Основные габариты и этажность: высота, площадь, количество этажей.
3. Конструктивная схема: каркасная, бескаркасная, с несущими стенами.
4. Обоснование объемно-планировочных решений: как принятые решения влияют на пожарную безопасность.

После общего описания необходимо выделить и детально охарактеризовать основные несущие и ограждающие конструкции, которые будут подвергаться расчету. Например, это могут быть железобетонная колонна определенного сечения, многопустотная плита перекрытия или стальная балка. Правильное описание этих элементов — залог успешного выполнения расчетной части проекта.

Ключевой этап анализа, на котором основана вся работа: методы оценки огнестойкости

Для определения предела огнестойкости конструкций существует два основных подхода. Первый — это метод натурных огневых испытаний, регламентированный ГОСТ 30247.1. В ходе испытания фрагмент конструкции подвергается воздействию огня в специальной печи, и время до наступления одного из предельных состояний (R, E, I) фиксируется. Это эталонный, но крайне дорогостоящий и сложный метод, который не применяется в рамках учебного проектирования.

Поэтому основным инструментом для инженера-проектировщика и студента является расчетно-аналитический метод. Его суть заключается в последовательном решении двух задач:

• Теплотехнический расчет: определение распределения температур по сечению конструкции в каждый момент времени при стандартном температурном режиме пожара.
• Статический расчет: проверка несущей способности (или целостности/теплоизоляции) конструкции с учетом снижения прочностных и деформационных характеристик материалов (бетона, арматуры, стали) при нагреве.

Именно этот метод позволяет без разрушения образца спрогнозировать поведение конструкции в условиях пожара и является основой для выполнения курсовой работы.

Применяем расчетный метод, начиная с железобетонных конструкций

Железобетон является негорючим материалом, однако при длительном воздействии высоких температур его свойства существенно меняются, что может привести к разрушению. Основные причины — это снижение прочности самого бетона и критическое ослабление арматуры из-за теплового расширения и падения ее механических характеристик. Расчет предела огнестойкости железобетонных конструкций (колонн, балок, плит) выполняется в логической последовательности.

Упрощенный алгоритм расчета выглядит следующим образом:

1. Определение температуры прогрева. Рассчитывается, как с течением времени тепло от пожара проникает вглубь сечения конструкции, нагревая слои бетона и арматуру.
2. Определение снижения прочности материалов. Используя нормативные зависимости, устанавливается, насколько снизились прочностные характеристики бетона и арматуры в каждой точке сечения в зависимости от достигнутой там температуры.
3. Проверка предельного состояния. Для каждого момента времени выполняется статический расчет несущей способности (для состояния R) с учетом уже ослабленных материалов. Для плит и стен также проверяется теплоизолирующая способность (состояние I) — не превысила ли температура на противоположной от огня поверхности 140-180°C.

Момент времени, в который конструкция перестает удовлетворять требованиям по несущей способности или теплоизоляции, и является ее фактическим пределом огнестойкости.

Учитываем специфику стали и дерева при расчете их огнестойкости

Помимо железобетона, в строительстве широко применяются сталь и древесина, поведение которых в огне имеет выраженную специфику.

Стальные конструкции обладают парадоксальным свойством: будучи абсолютно негорючими, они имеют очень низкую огнестойкость. Это связано с тем, что сталь быстро прогревается и уже при температуре 500-600°C теряет свою несущую способность, становясь пластичной. Поэтому расчет для стальных элементов сводится к определению времени, за которое незащищенная конструкция достигнет этой критической температуры, и последующему расчету необходимой толщины огнезащитного покрытия.

Деревянные конструкции, напротив, являются горючим материалом, но могут сохранять несущую способность достаточно долго. Их стойкость обеспечивается процессом обугливания: наружный слой древесины превращается в уголь, который имеет низкую теплопроводность и замедляет прогрев внутреннего, рабочего сечения. Основа расчета — определение скорости обугливания (в среднем принимается 0.6-0.8 мм/мин) и последующая проверка несущей способности сечения, уменьшенного на толщину обугленного слоя.

От расчетов к реальным решениям, или что делать, если огнестойкость недостаточна

Если в результате расчетов выясняется, что фактический предел огнестойкости конструкции ниже требуемого по нормам, необходимо разработать мероприятия по его повышению. Эти мероприятия называются огнезащитой, и их можно разделить на несколько групп.

Тип огнезащиты	Описание	Примеры применения
Конструктивная	Создание на поверхности конструкции теплоизолирующих экранов из негорючих материалов.	Обетонирование стальных колонн, облицовка гипсокартонными или минераловатными плитами.
Покрытия и краски	Нанесение на поверхность специальных составов, которые при нагреве либо образуют теплоизолирующий слой (штукатурки), либо многократно вспучиваются (интумесцентные краски).	Огнезащитные штукатурки и вспучивающиеся краски для стальных балок и ферм.
Пропитки	Обработка материала (в основном древесины) антипиренами, которые препятствуют горению.	Пропитка деревянных стропильных систем.

Выбор конкретного способа зависит от типа конструкции, требуемого предела огнестойкости и условий эксплуатации. Например, для стали чаще всего используют вспучивающиеся краски или облицовку плитами из минеральной ваты, а для железобетона одним из конструктивных методов является увеличение толщины защитного слоя бетона.

Финальная сборка работы: как грамотно оформить результаты в виде курсового проекта

После проведения всех расчетов и подбора необходимых технических решений наступает финальный этап — грамотное оформление курсового проекта. Правильная структура не только упрощает проверку работы, но и демонстрирует логику инженерной мысли исполнителя. Классическая и наиболее выигрышная структура повторяет шаги, которые были проделаны в ходе исследования.

Рекомендуемая последовательность разделов:

1. Введение: Обоснование актуальности темы, постановка цели и задач курсового проекта.
2. Характеристика здания и конструкций: Подробное описание объекта исследования (исходные данные).
3. Расчет фактических пределов огнестойкости: Основная расчетная часть, которую можно разделить на подразделы по типам конструкций (например, «Расчет плиты перекрытия», «Расчет колонны»).
4. Разработка технических решений по обеспечению требуемой огнестойкости: Описание и обоснование выбранных методов огнезащиты.
5. Заключение: Краткие выводы по каждому этапу работы и итоговое заключение о выполнении поставленной задачи.
6. Список использованной литературы: Перечень нормативных документов, учебников и пособий.

Такая структура логически ведет читателя от постановки проблемы к ее инженерному решению, что является признаком качественной и завершенной работы.

В заключение стоит еще раз подчеркнуть, что курсовой проект по огнестойкости — это комплексная задача, моделирующая реальную работу инженера-проектировщика. Логическая цепочка — от анализа нормативных требований и характеристик здания, через математические расчеты пределов огнестойкости его конструкций, к разработке конкретных мероприятий по их защите — составляет основу проектирования безопасных зданий. Грамотное обоснование огнестойкости конструкций является фундаментом общей пожарной безопасности объекта, главной целью которой всегда остается защита жизни и здоровья людей.

Список использованной литературы

1. Буга П.Г. Гражданские, промышленные и сельскохозяйственные здания [Текст] : учебник для средних специальных учебных заведений. – М.: ООО «ИД Альянс», 2008. – 351 с.
2. Демехин В. Н., Мосалков И. Л., Плюснина Г. Ф., Серков Б.Б., Фролов А. Ю., Шурин Е. Т. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре [Текст]. – М.: АГПС МЧС России, 2003.
3. Федоров В.С., Левитский В.Е., Молчадский И.С. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций: монография [Текст]. – М.: издательство «АСВ», 2009.
4. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Части зданий и сооружений [Текст]: учебное пособие /сост. С.В. Шархун, В.В. Смирнов. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2014. – 80 с.
5. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Методические указания к выполнению курсового проекта для курсантов, студентов и слушателей. Екатеринбург, Уральский институт ГПС МЧС РФ, 2014. – 73 с.
6. Грушевский Б.В., Яковлев А.И., Кривошеев И.Н. и др. Пожарная профилактика в строительстве / под ред. В.Ф. Кудаленкина [Текст]. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.
7. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II–2080) [Текст]. – М.: Стройиздат, 1985.
8. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле [Текст]. – М.: Стройиздат, 1975.
9. Техническая информация (в помощь инспектору государственной противопожарной службы): справочник [Текст]. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003.
10. ГОСТ 2.302-68* Единая система конструкторской документации. Масштабы. [Электронный ресурс] URL: http://www.docload.ru/Basesdoc/4/4574/index.htm (дата обращения 15.09.2013).
11. ГОСТ 2.303-68 Единая система конструкторской документации. Линии. [Электронный ресурс] URL: http://www.docload.ru/Basesdoc/4/4575/index.htm (дата обращения 15.09.2013).
12. ГОСТ 30247.0–94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования [Текст]. – М.: Издательство стандартов, 1996.
13. ГОСТ 30247.1–94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции [Текст]. – М.: Издательство стандартов, 1996.
14. ГОСТ 30403–96 Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности [Текст]. – М.: Минстрой России, ГУПП ЦПП, 1996.
15. ГОСТ Р 21.1101–2009 Система проектной документации для строительства. Основные требования к рабочей и проектной документации [Текст]. – М.: Стандартинформ, 2010.
16. Перечень национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения федерального закона «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и осуществления оценки соответствия [Текст]. – М.: БСТ, 2009.
17. Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию // утв. постановлением правительства РФ от 16 февраля 2008 г. N 87 [Электронный ресурс] URL : http://base.garant.ru/12158997/ (дата обращения 15.09.2013).
18. Правила противопожарного режима в Российской Федерации [Текст]. – Издательство «Калан», 2012.
19. СП 1.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы. С изм. приказ МЧС России от 09.12.2010 г. № 639 [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/1200071143 (дата обращения 15.09.2013).
20. СП 12.13130.2013 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. С изм.приказ МЧС России от 09.12.2010 N 643 [Электронный ресурс] URL : http://docs.cntd.ru/document/1200071156 (дата обращения 15.09.2013).
21. СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/1200096437 (дата обращения 15.09.2013).
22. СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно–планировочным и конструктивным решениям [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/1200101593 (дата обращения 15.09.2013).
23. Федеральный закон Российской Федерации от 22.07.2008 г. № 123–ФЗ Технический регламент о требованиях пожарной безопасности (с изменениями и дополнениями) [Текст]. – Екатеринбург : Калан, 2012.
24. Федеральный закон Российской Федерации от 23.12.2009 г. № 384–ФЗ Технический регламент о безопасности зданий и сооружений [Текст]. – М.: Проспект, 2010.
25. Федеральный закон Российской Федерации от 27.12.2002 г. № 184–ФЗ О техническом регулировании [Текст]. – М.: Проспект, 2010.