Пожарно-технические характеристики и пределы огнестойкости строительных конструкций: анализ, расчет и повышение

Вопрос обеспечения пожарной безопасности в строительстве — это не просто совокупность технических требований, а фундамент, на котором держится безопасность человеческих жизней, сохранность имущества и устойчивое развитие городской инфраструктуры. Ежегодно пожары наносят колоссальный ущерб, исчисляемый миллиардами рублей, и, что гораздо страшнее, уносят жизни. В этом контексте глубокое понимание пожарно-технических характеристик и пределов огнестойкости строительных конструкций становится не просто актуальным, а жизненно необходимым для каждого специалиста в области строительства и пожарной безопасности.

Цель настоящей курсовой работы — провести всестороннее исследование и систематизировать знания о пожарно-технических характеристиках, пределах огнестойкости строительных конструкций, методах их определения, расчетных подходах, а также о существующих инженерно-технических решениях по повышению огнестойкости. Работа призвана стать ценным руководством для студентов технических вузов, углубляющих свои знания в сфере пожарной безопасности.

Структура работы охватывает ключевые аспекты данной проблематики: от нормативно-правового регулирования и теоретических основ до практических методик расчета и анализа поведения материалов при высоких температурах, а также рассмотрения роли инженера по пожарной безопасности в процессе обеспечения огнестойкости зданий.

Теоретические основы пожарной безопасности в строительстве и нормативно-правовое регулирование

Обеспечение пожарной безопасности в строительстве — это многогранный процесс, базирующийся на стройной системе нормативно-правовых актов и глубоком понимании физики горения и сопротивления материалов. Без четкого определения терминов и знания актуальных стандартов невозможно эффективно проектировать, строить и эксплуатировать безопасные здания.

Основные понятия и определения в области пожарной безопасности

В основе любой технической дисциплины лежат точно сформулированные понятия, позволяющие специалистам говорить на одном языке. В контексте пожарной безопасности зданий и сооружений критически важны следующие определения:

• Предел огнестойкости — это не просто цифра, а ключевой показатель сопротивляемости строительной конструкции воздействию огня. Он измеряется в минутах и представляет собой время от начала стандартного огневого испытания до наступления одного или последовательно нескольких предельных состояний, которые нормированы для конкретной конструкции. Например, обозначение «EI 30» означает, что конструкция сохраняет целостность (E) и теплоизолирующую способность (I) в течение 30 минут. И что из этого следует? Чем выше этот показатель, тем больше времени у людей для безопасной эвакуации, а у пожарных — для локализации возгорания, что напрямую влияет на минимизацию человеческих жертв и материального ущерба.
• Класс пожарной опасности — это характеристика, отражающая способность строительных конструкций и материалов участвовать в развитии пожара и создавать опасные факторы. Он определяется по горючести применяемых материалов и делится на классы К0, К1, К2, К3. Конструкции класса К0, например, выполняются исключительно из негорючих материалов (НГ).
• Степень огнестойкости — это комплексная классификационная характеристика здания, сооружения или пожарного отсека, которая определяется совокупностью показателей огнестойкости и пожарной опасности основных строительных конструкций. Здания подразделяются на пять степеней огнестойкости: от I (наивысшая) до V (наименьшая, где требования по огнестойкости конструкций могут не нормироваться).
• Пожарно-технические характеристики (ПТХ) — это набор свойств строительных материалов, которые определяют их поведение при пожаре. К ним относятся:
  • Горючесть: способность материала гореть. Определяется по ГОСТ 30244, материалы делятся на негорючие (НГ) и горючие (Г1, Г2, Г3, Г4).
  • Воспламеняемость: способность материала воспламеняться под воздействием источника зажигания. Определяется по ГОСТ 30402.
  • Способность распространения пламени по поверхности: характеристика для горючих материалов, определяющая скорость распространения пламени.
  • Дымообразующая способность: способность материала выделять дым при горении.
  • Токсичность продуктов горения: способность продуктов горения вызывать отравление.

Понимание этих терминов позволяет не только корректно интерпретировать нормативные требования, но и принимать обоснованные проектные решения, существенно повышая безопасность.

Обзор действующей нормативно-правовой базы Российской Федерации

Система нормативно-правовых актов в области пожарной безопасности в России постоянно развивается, адаптируясь к новым технологиям и вызовам. На текущую дату (14.10.2025) фундаментом этой системы является:

1. Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Этот документ является основным и устанавливает общие, обязательные для исполнения требования противопожарной защиты на всех этапах жизненного цикла зданий: от проектирования и строительства до эксплуатации и сноса. В нем определены основные понятия, принципы пожарной безопасности, а также пожарно-техническая классификация зданий, их элементов, помещений, строительных конструкций и материалов. ФЗ № 123-ФЗ является базой, на которую опираются все остальные нормативные документы.
2. Своды правил (СП) и Строительные нормы и правила (СНиП). Эти документы детализируют требования ФЗ № 123-ФЗ и содержат конкретные правила и методики. Важно отметить, что Своды правил регулярно актуализируются и часто заменяют или дополняют более старые СНиПы, что требует постоянного мониторинга их действенности. Ключевые СП в контексте огнестойкости:
   • СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты». Этот Свод правил является одним из наиболее значимых и актуальных. Он устанавливает общие требования по обеспечению огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков, а также определяет необходимые пределы огнестойкости для различных типов конструкций в зависимости от степени огнестойкости здания.
   • СП 1.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы». Хотя напрямую не регламентирует огнестойкость конструкций, он тесно связан с ней, поскольку эффективность эвакуационных путей напрямую зависит от способности конструкций сохранять свою целостность и теплоизолирующую способность в течение необходимого для эвакуации времени.

Классификация зданий и сооружений по степени огнестойкости и классу конструктивной пожарной опасности является краеугольным камнем нормирования. Федеральный закон № 123-ФЗ в Таблице 21 устанавливает требуемые пределы огнестойкости для основных строительных конструкций в зависимости от степени огнестойкости здания (I-V). Например, для зданий I степени огнестойкости предъявляются самые строгие требования, где несущие элементы должны иметь предел огнестойкости не менее R 120, а стены, колонны и перекрытия — REI 120. В то время как для зданий V степени огнестойкости пределы огнестойкости конструкций могут не нормироваться, но их пожарная опасность должна быть определена.

Таблица 1: Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций (пример для некоторых степеней огнестойкости)

Степень огнестойкости здания	Несущие элементы здания	Стены наружные ненесущие	Перекрытия (междуэтажные, чердачные, над подвалом)	Стены лестничных клеток, внутренние стены пожарных отсеков
I	R 120	E 30	REI 120	REI 120
II	R 90	E 15	REI 90	REI 90
III	R 45	E 15	REI 45	REI 60
V	Не нормируется	Не нормируется	Не нормируется	Не нормируется

Примечание: Данные являются выборкой из Таблицы 21 ФЗ № 123-ФЗ и детализируются в СП 2.13130.2020.

Класс конструктивной пожарной опасности (К0, К1, К2, К3) определяется классом пожарной опасности применяемых строительных конструкций. Например, здания класса К0 должны иметь все основные строительные конструкции класса К0, что означает их выполнение из негорючих материалов. Эти классификации позволяют проектировщикам и строителям выбирать адекватные конструктивные решения и материалы для обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности.

Методы определения и факторы, влияющие на предел огнестойкости строительных конструкций

Определение предела огнестойкости — это комплексная задача, требующая как проведения натурных испытаний, так и применения расчетно-аналитических методов. При этом важно учитывать множество факторов, которые могут существенно влиять на поведение конструкции при пожаре.

Методы определения фактических пределов огнестойкости

Для того чтобы понять, сколько времени конструкция способна сопротивляться огню, применяются следующие подходы:

1. Стандартные огневые испытания. Это основной и наиболее надежный метод, регламентированный рядом нормативных документов. Ключевым стандартом является ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». Он устанавливает общие правила проведения огневых испытаний при стандартных условиях теплового воздействия. Дополнительно используются:
   • ГОСТ 30247.1-94 для несущих и ограждающих конструкций.
   • ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности».

   Сущность этих испытаний заключается в том, что образец конструкции подвергается воздействию огня в специальной испытательной печи, имитирующей стандартный температурный режим пожара. В процессе испытания фиксируется время до наступления одного или нескольких предельных состояний:

   • R (потеря несущей способности): обрушение конструкции или возникновение недопустимых деформаций, которые делают ее дальнейшую эксплуатацию небезопасной.
   • E (потеря целостности): образование сквозных трещин или отверстий в конструкции, через которые проникают продукты горения или пламя, создавая угрозу распространения пожара.
   • I (потеря теплоизолирующей способности): повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (например, в среднем на 140°C или в любой точке на 180°C выше начальной температуры), что указывает на возможность воспламенения предметов или создание опасных условий для людей по другую сторону конструкции.
   • W (достижение предельной величины плотности теплового потока): на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции.
   • S (дымогазонепроницаемость): для заполнений проемов (дверей, люков), когда через них начинают проникать дым и горячие газы.
2. Крупномасштабные натурные огневые испытания по ГОСТ Р 55994-2014. Этот стандарт, «Испытания на огнестойкость. Руководящие указания по планированию и проведению крупномасштабных испытаний и моделированию без использования печи», применяется в тех случаях, когда стандартные методы испытаний в печи неприменимы или недостаточны для адекватной оценки. Это могут быть уникальные конструкции, сложные фрагменты зданий или элементы, для которых необходимо воспроизвести условия реального пожара. Такие испытания позволяют получить данные о поведении конструкций в условиях, максимально приближенных к реальным, но они значительно дороже и сложнее в организации.
3. Расчетно-аналитические методы определения пределов огнестойкости. В академической и инженерной практике активно используются расчетно-аналитические методы, позволяющие определить огнестойкость без проведения дорогостоящих натурных испытаний. Эти методы особенно полезны для конструкций, которые по форме, материалам и конструктивному исполнению аналогичны тем, что уже прошли огневые испытания. Они основаны на теоретических моделях теплопереноса и сопротивления материалов при высоких температурах. Учебные пособия, например, Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России, активно используют и детализируют такие методики. Эти методы позволяют прогнозировать изменение прочностных характеристик материалов и деформации конструкций под воздействием высоких температур, что существенно ускоряет процесс проектирования и оценки.

Факторы, влияющие на предел огнестойкости строительных конструкций

Многообразие строительных конструкций и материалов обуславливает множество факторов, влияющих на их поведение при пожаре. Особенно это актуально для железобетонных конструкций, где взаимодействие бетона и арматуры играет ключевую роль:

• Вид бетона (вяжущего и заполнителя): Тип цемента, наличие добавок, а также вид заполнителя (гравий, щебень, керамзит) существенно влияют на теплофизические свойства бетона и его поведение при нагреве. Например, легкие бетоны с пористыми заполнителями часто имеют лучшую теплоизолирующую способность, нежели тяжелые, что является важным нюансом для выбора материалов.
• Класс арматуры: Прочностные характеристики стали, из которой изготовлена арматура, а также ее устойчивость к высоким температурам определяют момент потери несущей способности. Высокопрочная арматура, как правило, более чувствительна к нагреву.
• Тип конструкции: Балки, колонны, плиты, стены — каждая конструкция имеет свои особенности распределения напряжений и температурных полей при пожаре.
• Форма и размеры поперечного сечения: Чем больше площадь сечения, тем медленнее прогревается сердцевина конструкции, что увеличивает ее огнестойкость. Форма также играет роль: массивные, компактные сечения обычно более огнестойки.
• Условия нагрева: Односторонний или многосторонний нагрев, интенсивность теплового потока — все это влияет на скорость и глубину прогрева конструкции.
• Величина и характер нагрузки: Нагруженная конструкция достигает предельного состояния быстрее, чем ненагруженная. Тип нагрузки (изгиб, сжатие) также имеет значение.
• Влажность бетона: Повышенная влажность бетона может привести к взрывообразному разрушению (отслаиванию) при быстром нагреве из-за испарения воды и создания избыточного давления пара внутри пор.
• Статическая схема работы: Статически неопределимые конструкции (например, неразрезные балки) могут иметь больший предел огнестойкости по сравнению со статически определимыми, если в местах действия отрицательных моментов предусмотрена необходимая арматура, которая помогает перераспределить усилия при деформации.
• Увеличение числа слоев: Для слоистых ограждающих конструкций (стен, перекрытий) дополнительное оштукатуривание или облицовка огнестойкими материалами, как правило, не уменьшает, а часто значительно повышает их теплоизолирующую способность и, следовательно, предел огнестойкости по признаку I.

Понимание этих факторов позволяет инженерам целенаправленно проектировать конструкции с требуемым уровнем огнестойкости, а также разрабатывать эффективные меры по их огнезащите.

Поведение строительных материалов при высоких температурах и расчет огнестойкости железобетонных конструкций

Различные строительные материалы по-разному реагируют на воздействие высоких температур и открытого огня. Глубокое понимание этих особенностей критически важно для проектирования огнестойких конструкций. Кроме того, для железобетона существуют конкретные методики расчета, позволяющие предсказать его поведение в условиях пожара.

Особенности поведения различных строительных материалов при пожаре

История показывает, что именно материал является «первой линией обороны» в борьбе с огнем. Его свойства определяют время, за которое конструкция сохранит свою работоспособность.

• Железобетон: Этот композитный материал, сочетающий прочность бетона на сжатие и металла на растяжение, является одним из наиболее распространенных в строительстве. Однако при пожаре его поведение не столь однозначно:
  • Снижение прочности: Трансформации в бетоне начинаются уже при нагреве поверхности до 350°C. В интервале 200–400°C происходит постепенное снижение прочности цементного камня из-за дегидратации гидроалюминатов и распада гидросульфоалюмината кальция. При 500–600°C наблюдается разложение гидроксида кальция (Ca(OH)₂), что вызывает дальнейшее падение прочности.
  • Взрывообразное разрушение: Бетон с повышенной влажностью может испытывать так называемое взрывообразное отслаивание (spalling) при быстром огневом воздействии. Это происходит из-за быстрого испарения влаги внутри материала, приводящего к созданию избыточного давления пара и разрушению поверхностных слоев.
  • Деформации арматуры: Арматура в железобетоне также нагревается и теряет свою прочность и модуль упругости, что приводит к значительным деформациям конструкции и потере несущей способности.
• Металл (сталь): Сталь сама по себе является негорючим материалом. Однако она обладает высокой теплопроводностью и быстро нагревается до критических температур, при которых происходит значительное снижение ее несущей способности.
  • Быстрая потеря несущей способности: При температурах от 500°C стальные конструкции начинают терять свою прочность, что может привести к их обрушению за 15-20 минут. Высокая теплопроводность металла приводит к тому, что температурный градиент внутри сечения металлической конструкции практически отсутствует, то есть она прогревается равномерно.
  • Критические температуры: Критическая температура, при которой стальная конструкция теряет несущую способность, зависит от типа стали и уровня приложенной нагрузки. Для обычных углеродистых сталей (Ст3, Ст5) эта температура составляет около 470°C. Для низколегированных сталей (например, 25Г2С) она может достигать 550°C, а для некоторых высоколегированных сталей (10Х17Н13М2Т) — до 700°C. Алюминиевые конструкции имеют значительно более низкие критические температуры, в 2-3 раза ниже, чем у стальных.
• Дерево: Древесина — горючий материал, но при этом массивные деревянные конструкции могут демонстрировать достаточно высокую огнестойкость за счет образования угольного слоя, который замедляет прогрев внутренних слоев.
  • Зависимость огнестойкости: Предел огнестойкости деревянных конструкций определяется суммой времени от начала пожара до воспламенения древесины (τ_воспл) и времени от начала воспламенения до наступления предельного состояния (τ_кр.гор). Формула огнестойкости может быть представлена как R_f(τ) = τ_воспл + τ_кр.гор.
  • Скорость уменьшения сечения: При пожаре происходит обугливание древесины со скоростью от 0,6 до 1,0 мм/мин. Это означает, что со временем рабочее сечение деревянной конструкции уменьшается, что приводит к потере несущей способности.
• Кирпич: Кирпич, как и другие керамические материалы, обладает высокой огнестойкостью.
  • Высокая плотность и низкая теплопроводность: Эти свойства позволяют кирпичным стенам эффективно сопротивляться распространению огня и сохранять свои несущие и ограждающие функции в течение нескольких часов. Однако при длительном воздействии очень высоких температур (свыше 800-900°C) может происходить деформация и частичное разрушение кирпича.

Расчет предела огнестойкости железобетонных плит перекрытия и ригелей

Расчет предела огнестойкости железобетонных конструкций является сложной задачей, требующей учета множества факторов. В его основе лежат:

1. Теоретические основы и принципы расчета:
   • Метод предельных состояний: Расчеты проводятся на основе второй группы предельных состояний, то есть по деформациям и перемещениям, которые могут наступить при пожаре.
   • Расчет температурных полей: Ключевым этапом является определение распределения температур по сечению конструкции во времени при стандартном или реальном температурном режиме пожара. Для этого часто используются численные методы, основанные на решении уравнения теплопроводности.
   • Функция ошибок Гаусса: Может применяться для аппроксимации распределения температуры по глубине бетона, особенно при одностороннем нагреве.
2. Методика расчета фактического предела огнестойкости: Одной из распространенных методик является расчет на основе приведенного сечения и понижающих коэффициентов прочности бетона и арматуры при нагреве. Общий алгоритм включает:
   • Определение температурных полей в бетоне и арматуре в различные моменты времени.
   • Определение фактических прочностных характеристик бетона и арматуры при соответствующих температурах с использованием понижающих коэффициентов.
   • Расчет несущей способности конструкции при этих условиях.
   • Определение момента времени, когда несущая способность конструкции снижается до уровня, при котором наступает предельное состояние (например, потеря несущей способности R).

   В общем виде, для расчета потери несущей способности (R) железобетонной конструкции можно использовать следующую последовательность действий:

   1. Определение температурного поля: С помощью методов теплопроводности или табличных данных по ГОСТ 30247.1 определяется температура в различных точках сечения бетона и арматуры T(x,y,τ).
   2. Определение прочностных характеристик материалов при нагреве:
      • Коэффициент снижения прочности бетона: k_b(T) = σ_b(T) / σ_b,20
      • Коэффициент снижения прочности арматуры: k_s(T) = σ_s(T) / σ_s,20

      Где σ_b(T), σ_s(T) — прочность бетона и арматуры при температуре T, а σ_b,20, σ_s,20 — при нормальной температуре.

   3. Пересчет внутренних усилий: Для изгибаемых элементов (плиты, ригели) определяется момент сопротивления сечения с учетом изменения прочности материалов и их температурных деформаций.
   4. Сравнение с нагрузкой: Момент наступления предельного состояния (R) соответствует времени, когда несущая способность конструкции, рассчитанная с учетом сниженных прочностных характеристик, становится равной или меньшей, чем действующая внешняя нагрузка.
3. Современные программные комплексы и методики: Для сложных расчетов и оптимизации процесса проектирования широко используются специализированные программные комплексы, такие как:
   • ЛИРА-САПР, SCAD Office: Эти комплексы позволяют проводить расчеты на огнестойкость, моделируя температурные поля и изменение прочностных характеристик материалов.
   • Ansys, Abaqus: Более мощные CAE-системы, используемые для детального конечно-элементного анализа термомеханического поведения конструкций при пожаре.
   • Специализированные модули для расчетов огнестойкости, которые интегрируются в общие расчетные программы.

Пример расчета предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия

Рассмотрим упрощенный пример расчета предела огнестойкости железобетонной плиты перекрытия по потере несущей способности (R).
Исходные данные:

• Плита перекрытия: железобетонная, монолитная.
• Размеры: ширина b = 1000 мм, высота h = 200 мм.
• Защитный слой бетона до центра тяжести растянутой арматуры a = 25 мм.
• Арматура: 4 стержня диаметром 12 мм (класс А400). Площадь арматуры A_s = 4 × (π × 12² / 4) = 452.4 мм².
• Бетон: класс В25. Расчетное сопротивление бетона сжатию R_b = 14.5 МПа.
• Расчетное сопротивление арматуры растяжению R_s = 350 МПа.
• Действующий изгибающий момент M = 50 кН·м.
• Требуемый предел огнестойкости: REI 60.

Пошаговый алгоритм расчета:

1. Определение температурного поля: Предположим, что через 60 минут стандартного огневого воздействия температура в растянутой арматуре достигла T_s = 400°C, а температура в сжатой зоне бетона — T_b = 250°C. Для более точных данных используются графики или программные расчеты по ГОСТ 30247.1.
2. Определение понижающих коэффициентов прочности:
   • Для бетона класса В25 при T_b = 250°C (по СП 63.13330.2018 и соответствующим таблицам) примем коэффициент снижения прочности k_b = 0.8.
   • Для арматуры класса А400 при T_s = 400°C примем коэффициент снижения прочности k_s = 0.75.
3. Пересчет расчетных сопротивлений при пожаре:
   • R_b,T = R_b × k_b = 14.5 × 0.8 = 11.6 МПа.
   • R_s,T = R_s × k_s = 350 × 0.75 = 262.5 МПа.
4. Расчет высоты сжатой зоны бетона x при пожаре:
   • Равновесие усилий: R_b,T × b × x = R_s,T × A_s
   • 11.6 × 1000 × x = 262.5 × 452.4
   • 11600 × x = 118755
   • x = 118755 / 11600 ≈ 10.24 мм.
5. Определение несущей способности плиты M_ult,T при пожаре:
   • Эффективная высота сечения h₀ = h — a = 200 — 25 = 175 мм.
   • M_ult,T = R_s,T × A_s × (h₀ — 0.5 × x)
   • M_ult,T = 262.5 × 452.4 × (175 — 0.5 × 10.24) = 118755 × (175 — 5.12) = 118755 × 169.88 ≈ 20174000 Н·мм = 20.17 кН·м.
6. Сравнение с действующим моментом:
   • Несущая способность при пожаре M_ult,T = 20.17 кН·м.
   • Действующий изгибающий момент M = 50 кН·м.
   • Так как M_ult,T < M (20.17 < 50), это означает, что через 60 минут плита потеряет несущую способность. Фактический предел огнестойкости R будет менее 60 минут.

Вывод: В данном примере фактический предел огнестойкости плиты по потере несущей способности (R) не соответствует требуемому REI 60. Необходимо провести огнезащитные мероприятия.

Пример расчета предела огнестойкости железобетонного ригеля

Рассмотрим расчет предела огнестойкости железобетонного ригеля, аналогично плите, по потере несущей способности (R).
Исходные данные:

• Ригель: железобетонный, монолитный.
• Размеры: ширина b = 300 мм, высота h = 500 мм.
• Защитный слой бетона до центра тяжести растянутой арматуры a = 40 мм.
• Арматура: 6 стержней диаметром 20 мм (класс А400). Площадь арматуры A_s = 6 × (π × 20² / 4) = 1884.96 мм².
• Бетон: класс В30. Расчетное сопротивление бетона сжатию R_b = 17 МПа.
• Расчетное сопротивление арматуры растяжению R_s = 350 МПа.
• Действующий изгибающий момент M = 300 кН·м.
• Требуемый предел огнестойкости: R 90.

Пошаговый алгоритм расчета:

1. Определение температурного поля: Предположим, что через 90 минут стандартного огневого воздействия температура в растянутой арматуре достигла T_s = 450°C, а температура в сжатой зоне бетона — T_b = 300°C. (Данные берутся из соответствующих нормативных документов или расчетов).
2. Определение понижающих коэффициентов прочности:
   • Для бетона класса В30 при T_b = 300°C примем коэффициент снижения прочности k_b = 0.75.
   • Для арматуры класса А400 при T_s = 450°C примем коэффициент снижения прочности k_s = 0.7.
3. Пересчет расчетных сопротивлений при пожаре:
   • R_b,T = R_b × k_b = 17 × 0.75 = 12.75 МПа.
   • R_s,T = R_s × k_s = 350 × 0.7 = 245 МПа.
4. Расчет высоты сжатой зоны бетона x при пожаре:
   • Равновесие усилий: R_b,T × b × x = R_s,T × A_s
   • 12.75 × 300 × x = 245 × 1884.96
   • 3825 × x = 461815.2
   • x = 461815.2 / 3825 ≈ 120.73 мм.
5. Определение несущей способности ригеля M_ult,T при пожаре:
   • Эффективная высота сечения h₀ = h — a = 500 — 40 = 460 мм.
   • M_ult,T = R_s,T × A_s × (h₀ — 0.5 × x)
   • M_ult,T = 245 × 1884.96 × (460 — 0.5 × 120.73) = 461815.2 × (460 — 60.365) = 461815.2 × 399.635 ≈ 184560000 Н·мм = 184.56 кН·м.
6. Сравнение с действующим моментом:
   • Несущая способность при пожаре M_ult,T = 184.56 кН·м.
   • Действующий изгибающий момент M = 300 кН·м.
   • Так как M_ult,T < M (184.56 < 300), это означает, что через 90 минут ригель потеряет несущую способность. Фактический предел огнестойкости R будет менее 90 минут.

Вывод: В этом случае фактический предел огнестойкости ригеля по потере несущей способности (R) также не соответствует требуемому R 90. Требуются меры по огнезащите.

Эти примеры показывают, что расчетно-аналитические методы являются важным инструментом для оценки огнестойкости, но требуют тщательного подбора исходных данных и корректного применения понижающих коэффициентов.

Инженерно-технические решения по повышению огнестойкости строительных конструкций

Когда фактический предел огнестойкости строительной конструкции оказывается ниже требуемого по нормативным документам, это сигнализирует о необходимости проведения целенаправленных мероприятий по огнезащите. Эти меры позволяют адаптировать конструкцию к условиям пожарной безопасности без ее полной замены. Почему это так важно? Потому что огнезащита — это не только соблюдение нормативов, но и прямое инвестирование в безопасность людей и сохранность капитальных вложений.

Принципы и виды конструктивной огнезащиты

Конструктивная огнезащита — это стратегический подход к повышению пожарной безопасности зданий, который заключается в создании на обогреваемой поверхности конструкции теплоизоляционного слоя, или теплозащитного экрана. Этот экран замедляет нагрев конструкции, тем самым увеличивая время до достижения ею критических температур и наступления предельных состояний.

Основные виды конструктивной огнезащиты включают:

1. Огнезащитные облицовки: Этот метод предполагает использование плитных, рулонных или листовых огнестойких материалов, которые крепятся к поверхности защищаемой конструкции. Примерами таких материалов являются:
   • Базальтовое волокно: Обладает отличными теплоизоляционными свойствами, способно выдерживать высокие температуры без потери структуры. Применяется в виде рулонов или матов.
   • Гипсокартонные листы (ГКЛО): Специальные огнестойкие гипсокартонные листы, содержащие стекловолокно и другие добавки, увеличивающие их сопротивляемость огню.
   • Минераловатные плиты: Также эффективно используются для создания огнезащитных экранов.
2. Огнезащитные покрытия (штукатурки, обмазки): Этот вид огнезащиты заключается в нанесении на поверхность конструкции слоя огнестойкой теплоизоляции достаточной толщины.
   • Применяются составы на основе гипсово-цементного вяжущего с добавлением перлита, вермикулита, минеральных волокон и других функциональных добавок.
   • Толстослойные напыляемые составы могут обеспечить огнестойкость до 240 минут, что критически важно для несущих конструкций зданий I и II степени огнестойкости.
3. Обетонирование / Обкладывание кирпичом: Это традиционные, проверенные временем, но достаточно трудоемкие и материалоемкие способы огнезащиты.
   • Обетонирование: Создание дополнительного слоя бетона вокруг металлической или существующей железобетонной конструкции. Эффективно увеличивает тепловую инерцию и, как следствие, огнестойкость. Однако это значительно увеличивает вес и размеры защищаемого элемента, что требует учета дополнительной нагрузки на фундамент и несущие элементы.
   • Обкладывание кирпичом: Создание кирпичной кладки вокруг конструкции. Принцип действия аналогичен обетонированию, но также увеличивает вес и габариты.
4. Вспучивающиеся тонкослойные покрытия (краски): Это современный и эстетичный метод, особенно популярный для металлических конструкций.
   • При нагревании до определенной температуры (обычно 150-200°C) эти покрытия вспучиваются, образуя объемный теплоизолирующий слой из негорючей пены. Этот слой значительно замедляет прогрев металла.
   • Вспучивающиеся краски могут обеспечить защиту от огня на протяжении до 150 минут, но их эффективность может снижаться при длительном воздействии огня или при механических повреждениях.

Выбор и применение огнезащитных материалов и технологий

Выбор оптимального метода огнезащиты — это задача, требующая комплексного подхода, учитывающего множество факторов, которые должны быть проанализированы на стадии проектирования:

1. Требуемый предел огнестойкости: Это главный критерий. Если необходимо обеспечить высокую огнестойкость (например, REI 120), то потребуется более мощная и массивная огнезащита (например, толстослойные штукатурки или облицовки). Для меньших требований (например, R 30) могут подойти вспучивающиеся краски.
2. Тип конструкции: Металлические конструкции, быстро теряющие прочность при нагреве, часто защищают вспучивающимися красками или напыляемыми составами. Железобетонным конструкциям, имеющим собственную огнестойкость, может потребоваться лишь небольшое усиление с помощью штукатурок или облицовок. Деревянные конструкции могут быть защищены пропитками, а также плитными материалами.
3. Действующая нагрузка: Чем выше нагрузка на конструкцию, тем быстрее она потеряет несущую способность при пожаре, и тем более эффективная огнезащита потребуется.
4. Режим эксплуатации здания: В помещениях с высокой влажностью или агрессивной средой не все огнезащитные материалы могут быть применимы или сохранять свою эффективность.
5. Эстетические требования: В архитектурно значимых или общественных зданиях предпочтение отдается тонкослойным, незаметным покрытиям, таким как вспучивающиеся краски, которые не изменяют внешний вид конструкции.

Применение комбинированных способов огнезащиты позволяет добиться максимальной эффективности. Например, для повышения огнестойкости металлической колонны может быть использована комбинация вспучивающейся краски и дополнительной облицовки из гипсокартона, что обеспечивает многоуровневую защиту.

Особенности огнезащиты железобетонных и металлических конструкций:

• Железобетонные конструкции: Огнезащита направлена на предотвращение быстрого снижения несущей способности, взрывообразного разрушения и деформации. Дополнительный защитный слой бетона или штукатурки увеличивает время прогрева арматуры до критических температур.
• Металлические конструкции: Из-за высокой теплопроводности металла, огнезащита для них критически важна. Наносить огнезащитные составы на металлоконструкции рекомендуется на этапе строительства здания, чтобы обеспечить полное покрытие и контроль качества.

Правильный выбор и качественное выполнение огнезащитных мероприятий — это залог долговечности и безопасности здания в условиях пожара.

Роль инженера по пожарной безопасности в обеспечении огнестойкости зданий

В сложной экосистеме современного строительства инженер по пожарной безопасности выступает не просто как контролирующий орган, а как ключевой архитектор безопасности, чья компетенция охватывает все этапы жизненного цикла здания. Его роль в обеспечении огнестойкости зданий является критически важной и многофункциональной.

Задачи и обязанности инженера по пожарной безопасности

Профессия инженера по пожарной безопасности требует глубоких знаний в области технических регламентов, строительных норм, физики горения и умения применять их на практике. Основные задачи и обязанности этого специалиста формируют комплексную систему обеспечения безопасности:

1. Руководство пожарно-профилактической работой и контроль соблюдения норм: Инженер отвечает за разработку и внедрение противопожарного режима в организации, а также за постоянный контроль его соблюдения. Это включает регулярные проверки, анализ рисков и оперативное устранение выявленных нарушений.
2. Участие в рассмотрении проектной документации: На этапе проектирования инженер по пожарной безопасности является незаменимым экспертом. Он тщательно анализирует проектную документацию на строительство, реконструкцию или капитальный ремонт зданий, чтобы убедиться в ее полном соответствии требованиям Федерального закона № 123-ФЗ, СП 2.13130.2020 и других нормативных документов. Его задача — выявить потенциальные уязвимости в конструктивных решениях, оценить достаточность пределов огнестойкости конструкций и предложить адекватные меры по их повышению. Какой важный нюанс здесь упускается? Каждое отклонение от нормативов на этой стадии может обернуться не только штрафами, но и фатальными последствиями при реальном возгорании, что делает его роль поистине стратегической.
3. Разработка планов и спецификаций для систем противопожарной защиты: Это включает проектирование и выбор оптимальных систем автоматического пожаротушения (водяного, газового, пенного), систем дымоудаления, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре. Инженер определяет тип, количество и расположение оборудования, а также разрабатывает алгоритмы их работы.
4. Обследование и анализ пожарной безопасности объектов: Регулярное проведение аудитов пожарной безопасности действующих объектов, выявление «слабых звеньев» в системе защиты и разработка конкретных рекомендаций по их усилению. Это может быть связано с изменением функционального назначения помещений, появлением новых рисков или устареванием существующих систем.
5. Консультирование и обучение персонала: Инженер проводит инструктажи, лекции и практические занятия для сотрудников по правилам пожарной безопасности, порядку действий при пожаре и правильному использованию первичных средств пожаротушения (огнетушителей, пожарных кранов). Это повышает общую культуру безопасности и готовность к чрезвычайным ситуациям.
6. Разработка и ведение документации по пожарной безопасности: Создание и актуализация планов эвакуации, инструкций по пожарной безопасности, журналов учета и обслуживания противопожарных систем.
7. Контроль за исправностью пожарной техники и оборудования: Регулярная проверка работоспособности всех технических средств противопожарной защиты, включая пожарные гидранты, насосы, клапаны, оповещатели, а также организация их своевременного обслуживания и ремонта.
8. Организация тренировок по эвакуации: Разработка и проведение практических тренировок по эвакуации людей из зданий на случай пожара, что позволяет отработать действия персонала и выявить «узкие места» в системе эвакуации.
9. Взаимодействие с другими специалистами: Тесное сотрудничество с архитекторами, строителями, инженерами по вентиляции, электриками для обеспечения комплексного подхода к безопасности. Инженер по пожарной безопасности обеспечивает, чтобы все проектные и строительные решения соответствовали нормам пожарной безопасности.

Взаимодействие со специалистами и актуальность профессии

Эффективная работа инженера по пожарной безопасности невозможна без постоянного и конструктивного диалога с другими участниками строительного процесса. Он является связующим звеном между строгими требованиями нормативных документов и творческими замыслами архитекторов, а также техническими возможностями строителей.

• Взаимодействие с архитекторами и проектировщиками: На начальных этапах проектирования инженер по пожарной безопасности работает с архитекторами, чтобы интегрировать требования огнестойкости и пожарной безопасности в общую концепцию здания. Это позволяет избежать дорогостоящих переделок на более поздних стадиях. Он консультирует по выбору материалов, планировочным решениям, расположению эвакуационных путей и пожарных отсеков.
• Сотрудничество со строителями: В ходе строительства инженер контролирует качество выполнения огнезащитных работ, правильность монтажа противопожарных систем и соответствие используемых материалов проектной документации.
• Взаимодействие со службами спасения: Понимание логики работы пожарных и спасателей позволяет инженеру проектировать системы, которые будут максимально эффективны при тушении пожара и спасении людей.

Профессия инженера по пожарной безопасности остается одной из наиболее востребованных и актуальных в России. Стремительное развитие строительства, ужесточение требований к безопасности зданий и сооружений, а также растущее осознание ценности человеческой жизни и имущества создают постоянный спрос на высококвалифицированных специалистов в этой области. Инженеры по пожарной безопасности являются стражами безопасности, их работа напрямую влияет на качество и безопасность среды, в которой мы живем и работаем. А разве не это является главной целью любого строительства?

Заключение

Исследование пожарно-технических характеристик и пределов огнестойкости строительных конструкций позволило всесторонне рассмотреть важнейшие аспекты обеспечения пожарной безопасности в строительстве. В рамках данной курсовой работы были успешно достигнуты поставленные цели:

Мы подробно проанализировали нормативно-правовую базу Российской Федерации на 2025 год, выделив ключевую роль Федерального закона № 123-ФЗ и актуальных Сводов правил, таких как СП 2.13130.2020. Были даны исчерпывающие определения базовых понятий – «предел огнестойкости«, «класс пожарной опасности», «степень огнестойкости» – и рассмотрена классификация строительных конструкций и материалов по их пожарно-техническим характеристикам.

В ходе работы были систематизированы методы определения фактических пределов огнестойкости, включая стандартные огневые испытания по ГОСТ 30247.0-94, крупномасштабные натурные испытания по ГОСТ Р 55994-2014 и расчетно-аналитические подходы. Особое внимание было уделено факторам, влияющим на огнестойкость железобетонных конструкций, таким как вид бетона, класс арматуры, геометрия сечения и условия нагрузки, что позволяет глубоко понять механику их поведения при высоких температурах.

Ключевым разделом стал детальный анализ поведения различных строительных материалов при пожаре: от специфики температурных трансформаций бетона и критических температур для стальных конструкций до особенностей горения древесины и огнестойкости кирпича. Для железобетонных плит перекрытия и ригелей были представлены методики расчета предела огнестойкости с наглядными примерами, демонстрирующими применение понижающих коэффициентов и сравнение с действующими нагрузками.

Наконец, были рассмотрены инженерно-технические решения по повышению огнестойкости, включая различные виды конструктивной огнезащиты – облицовки, штукатурки, обетонирование и вспучивающиеся покрытия, а также критерии их выбора. Завершающий раздел подчеркнул многогранную и жизненно важную роль инженера по пожарной безопасности в процессе проектирования, строительства и эксплуатации зданий, демонстрируя его обязанности и значимость взаимодействия с другими специалистами.

Практическая значимость полученных знаний неоспорима. Для студентов технических вузов, будущих инженеров по пожарной безопасности и строителей, глубокое понимание этих аспектов является фундаментом профессиональной деятельности. Оно позволяет принимать обоснованные проектные решения, обеспечивать соответствие зданий нормативным требованиям и, самое главное, гарантировать безопасность людей и сохранность объектов.

Перспективы дальнейших исследований в данной области включают разработку более точных и оперативных расчетных моделей, исследование поведения новых композитных материалов при пожаре, а также совершенствование методов огнезащиты с учетом экологических и экономических аспектов. Развитие технологий и материалов постоянно ставит новые вызовы перед специалистами по пожарной безопасности, требуя непрерывного обучения и адаптации знаний.

Список использованной литературы

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (последняя редакция).
2. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений (с Изменениями N 1, 2).
3. СНиП 31.03-2001. Производственные здания.
4. ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75). Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.
5. ГОСТ 30403—2012. Конструкции строительные. Метод испытания на пожарную опасность.
6. ГОСТ Р 55994—2014. Испытания на огнестойкость.
7. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (К СНиП 11-2-80).
8. Фёдоров В.С., Левитский В.Е., Молчадский И.С., Александров А.В. Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций. М.: АСВ.
9. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры. М.: Стройиздат, 1986.
10. Определение пределов огнестойкости строительных конструкций. Практика. Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России.