Розрахункові методи також можуть бути використані для інтерполяції та екстраполяції результатів випробувань будівельних конструкцій на вогнестійкість.
В.1 Сутність розрахункових методів
В.1.1 Межа вогнестійкості конструкції визначається шляхом розрахунку несучої і/або теплоізолювальної здатності конструкції під впливом стандартного температурного режиму.
В.1.2 Ознакою втрати несучої здатності слід вважати виникнення в конструкції граничних деформацій, наведених у 9.1 ДСТУ Б В.1.1-4. Для металевих конструкцій з вогнезахисними покриттями ознакою втрати несучої здатності слід приймати перевищення середньої температури металевого елемента конструкції над його початковою температурою на 480 0С - для сталевих конструкцій, і на 230 0С - для конструкцій з алюмінієвих сплавів.
В.1.3 Ознакою втрати теплоізолювальної здатності слід вважати перевищення середньої температури на поверхні конструкції, що не обігрівається, над початковою середньою температурою цієї поверхні на 140 0С або перевищення температури в будь-якій точці поверхні конструкції, що не обігрівається, над початковою температурою в цій точці на 180 0С.
В.1.4 Допускається не визначати значення межі вогнестійкості конструкції, обмежуючись перевіркою збереження теплоізолювальної і/або несучої здатності конструкції в момент часу tвим (від початку вогневого впливу), що дорівнює необхідній межі вогнестійкості.
В.1.5 Якщо за несучою і/або теплоізолювальною здатністю граничний стан не досягається, то слід зазначати, що межа вогнестійкості конструкції не менша за значення tвим, необхідне для даної конструкції під час застосування в будинках певного ступеня вогнестійкості.
В.1.6 Якщо в момент часу tвим несуча здатність конструкції буде недостатньою для сприйняття прикладеного навантаження або температура поверхні, що не обігрівається, перевищить допустимі значення, то межа вогнестійкості конструкції буде меншою за необхідне для даної конструкції значення і слід вносити зміни до конструкції для підвищення її вогнестійкості.
В.1.7 Під час оцінки несучої здатності конструкції розподіл навантаження має відповідати розрахунковим схемам, занесеним до технічної документації.
Величину навантаження встановлюють, виходячи з умови створення в розрахункових перерізах конструкції напруг, що відповідають значенням, наведеним у технічній документації.
В.1.8 Під час визначення напруг слід враховувати лише розрахункові значення постійних і тимчасових тривалих навантажень.
В.2 Види розрахункових методів
В.2.1. Розрізняють два види розрахункових методів:
- методи, що базуються на використанні математичних моделей теплового і напруженого станів будівельних конструкцій;
- номограмні методи.
В.2.2. Під час застосування методів, заснованих на використанні математичних моделей, розв`язанням прямої задачі теплопровідності визначають розподіл температури в конструкції в різні моменти часу від початку вогневого впливу. Для оцінки теплоізолювальної здатності цей розподіл визначається на поверхні конструкції, що не обігрівається. Отримані величини температури порівнюються з їхніми допустимими значеннями.
В.2.3. Для оцінки несучої здатності розподіл температури визначається в перетині або в окремих точках перетину конструкції, після чого обчислюється несуча здатність у різні моменти часу.
В.2.4. У разі використання номограмних методів межа вогнестійкості конструкцій визначається за графіками або таблицями, отриманими за результатами випробувань або розрахунковим шляхом.
Математичні моделі
В.2.5. Математична модель - це система рівнянь, що описує тепловий і напружено-деформований стан досліджуваної конструкції.
Математична модель складається з основних рівнянь процесів тепломасообміну і напружено-деформованого стану та рівнянь, що визначають початкові та граничні умови, а також коефіцієнтів, що входять до рівнянь.
У математичній моделі можуть використовуватися рівняння диференційного, інтегрального або змішаного видів.
В.2.6. Моделі, що використовуються, мають бути нестаціонарними і враховувати радіаційно-конвективний теплообмін у газовому середовищі від джерела теплового впливу до поверхні конструкції, кондуктивний теплообмін у конструкції, радіаційно-конвективний теплообмін від конструкції в навколишнє середовище з поверхні конструкції, що не обігрівається.
Теплофізичні і механічні характеристики в моделях повинні задаватися у вигляді залежностей від температури, якщо немає обгрунтування для задання цих характеристик у вигляді констант.
Коефіцієнти тепловіддачі і теплового випромінювання, що входять до граничних умов, можуть задаватися у вигляді констант.
Як початкову температуру конструкції і середовища слід приймати 20 0С, якщо немає обгрунтування для іншої величини.
В.2.7 Розв`язання математичних моделей може проводитися чисельно, аналітично або шляхом комбінування цих методів.
Умови забезпечення вірогідності результатів розрахунку вогнестійкості конструкцій
В.2.8. Критерієм оцінки достовірності результатів розрахунку є їхня збіжність (близькість) до результатів випробувань на вогнестійкість.
В.2.9. Вірогідність результатів розрахунку залежить від:
- повноти врахування фізичних процесів в обраній математичній моделі;
- точності задання коефіцієнтів, що входять до математичної моделі;
- точності інтегрування системи рівнянь математичної моделі.
В.2.10. Компоненти математичної моделі повинні відображати основні фізичні процеси, які безпосередньо впливають на точність визначення межі вогнестійкості конструкції, у тому числі просторовий характер розподілу температур та напруг і неоднорідність будівельної конструкції за структурою і фізичними властивостями її окремих елементів.
В.2.11. Розрахункова оцінка вогнестійкості проводиться в широкому діапазоні температур у конструкції (до 1000 0С і більше), в якому фізичні характеристики (коефіцієнти моделі) елементів конструкції зазнають суттєвих змін порівняно з їхніми значеннями при кімнатній температурі (у 2 та більше разів). Крім того, часто має місце термічна деструкція елементів конструкції, що враховується додатковими коефіцієнтами в моделях.
Коефіцієнти моделі можуть бути взяті з довідкової літератури у вигляді констант чи залежностей від температури або можуть бути знайдені експериментальним чи розрахунково-експериментальним методом на основі розв`язання обернених задач і спеціально проведених експериментів.
Оскільки точність завдання коефіцієнтів впливає на результат розрахунку межі вогнестійкості, то метод визначення коефіцієнтів моделі повинен встановлюватися в кожному конкретному випадку.
В.2.12. Експериментальний метод повинен забезпечувати визначення коефіцієнтів моделі у вигляді залежностей від температури і враховувати наявність фізико-хімічних перетворень у матеріалах елементів конструкції.
В.2.13. Найбільш універсальним і точним є розрахунково-експериментальний метод, який грунтується на визначенні коефіцієнтів моделі розв`язанням оберненої задачі для зразків матеріалів конструкції або всієї конструкції в умовах вогневих випробувань або в умовах, максимально наближених до вогневих випробувань з теплового впливу.
В.2.14. Метод інтегрування рівнянь математичної моделі має бути обраний таким чином, щоб обчислювальна похибка була набагато меншою за похибку розглянутих вище пунктів.
В.3 Правила оформлення результатів розрахунку
В.3.1. Результати розрахунку оформляються звітом.
Звіт повинен містити:
- назву й адресу лабораторії, що проводила розрахунок вогнестійкості;
- дату проведення розрахунку;
- назву й адресу замовника;
- найменування будівельної конструкції, для якої проводилася оцінка вогнестійкості, технічний опис будівельної конструкції, технічні креслення або схеми основних складових елементів і всіх конструкційних деталей, а також перелік використаних матеріалів і виробів;
- для несучих конструкцій - схеми навантажування і дані про навантаження;
- опис методу, використаного під час розрахунку вогнестійкості конструкції;
- у випадку застосування для розрахунку вогнестійкості методу, що грунтується на використанні математичних моделей, - прийняті під час розрахунку рівняння процесів тепломасообміну і напруженого стану, рівняння, що визначають початкові й граничні умови, коефіцієнти, що входять до рівнянь, метод розв`язання системи рівнянь, дані за розрахунками температур і деформацій;
- межу вогнестійкості конструкції із зазначенням виду граничного стану з вогнестійкості.
Додаток Г
(обов’язковий)
Метод випробувань будівельних конструкцій
на поширення вогню
Цей метод поширюється на елементи будинків – колони, ригелі, ферми, балки, арки, рами і зв`язки, зовнішні й внутрішні стіни, перегородки, перекриття, стіни сходових кліток, протипожежні перешкоди, марші й сходові площадки , а також на підвісні стелі, повітроводи, трубопроводи.
Цей метод не поширюється на конструкції заповнення прорізів, на покриття підлоги, покрівлі, облицювання і оздоблення.
Г.1 Сутність методу випробувань
Сутність методу випробувань полягає у визначенні розмірів пошкодження конструкції за границями зони вогневого впливу в умовах, регламентованих цим додатком.
Г.2 Засоби випробувань
Г.2.1. Для випробувань мають використовуватися такі засоби:
- випробувальна пiч;
- обладнання для встановлення на печі зразка конструкції для випробувань на поширення вогню (надалi - зразка);
- засоби вимірювальної техніки;
- обладнання для проведення фото- та відеозйомок.
Г.2.2. Випробувальна пiч (надалі - пiч) має створювати температурний режим у вогневій камері печі вiдповiдно до ДСТУ Б В.1.1-4.
Конструкція печi повинна вiдповiдати вимогам, наведеним у ДСТУ Б В.1.1-4. Розміри прорізу печі мають бути (700 мм ± 100 мм) х ( 700 мм ± 100 мм).
Г.2.3. Засоби вимірювальної техніки містять системи для вимірювання температури в печі, а також на зразку, які повинні вiдповiдати вимогам, наведеним в ДСТУ Б В.1.1-4.
Г.3 Зразки для випробувань
Г.3.1. Зразки мають бути виготовлені відповідно до вимог технічної документації на виготовлення і використання конструкцій з дотриманням технології, що застосовується на підприємстві-виготовлювачі. Зразки не повинні мати прорізів а також декоративного облицювання або оздоблення.
Для випробувань огороджувальних конструкцій (стін, перегородок, перекриття, покриття), маршів і сходових площадок , підвісних стель зразки повинні мати довжину не менше як 200 см, ширину – не менше як 200 см, товщину – за технічною документацією.
Довжина зразків стрижневих конструкцій (колон, ферм, балок, арок, рам, зв`язків, повітроводів і трубопроводів) повинна бути такою, щоб довжина контрольної зони була не менше ніж 75 см.
Для випробувань стрижневих конструкцій допускається виготовлювати плоскі зразки (такі самі, як для випробувань огороджувальних конструкцій), в яких розташування шарів і їхня товщина мають бути такими ж, як у стрижневих конструкціях.
Для випробувань конструкції одного виду зазвичай має бути виготовлено два однакових зразки. Допускається виготовлювати один зразок. У цьому випадку оцінку результатів випробувань проводять відповідно до Г.5.2.
Г.3.2. Вологість зразків повиннна вiдповiдати вимогам ДСТУ Б В.1.1-4.
Г.3.3. Перед випробуваннями замовник повинен подати до випробувальної лабораторії технічний опис зразків, технічні рисунки або схеми головних складових елементів і всіх конструкційних деталей, а також перелік використаних матеріалів і виробів із зазначенням їх виготовлювачів та торговельних найменувань. Якщо виникають сумніви в тому, що зразки відповідають поданій технічній документації, лабораторія повинна проконтролювати весь процес виготовлення зразків або ж вимагати подання одного чи більше додаткових зразків і провести їх детальну перевірку.
Якщо неможливо перевірити відповідність усіх деталей конструкції зразків перед випробуваннями та після їх закінчення і виникає необхідність використання даних, поданих замовником, то це має бути зазначено у звіті про випробування.
Г.4. ПІДГОТОВКА ТА ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ
Г.4.1. Підготовка до випробувань
Проводять перевірку зразків на відповідність технічній документації згідно з розділом Г.3.
Проводять монтаж термоелектричних перетворювачів температури (надалі – термопар) на зразку і встановлюють зразок на (в) печі так, як це наведено на рисунках Г.1 – Г.4.
Зразки внутрішніх і зовнішніх стін, а також перегородок симетричного перерізу, зразки покриттів, перекриттів, підвісних стель, маршів і сходових площадок під час випробувань слід піддавати вогневому впливу з одного боку.
Зразки внутрішніх і зовнішніх стін, а також перегородок несиметричного перерізу під час випробувань слід піддавати вогневому впливу з кожного боку або з боку з більшою межею поширення вогню (якщо є можливим визначити цей бік з аналізу конструктивної схеми).
Зразки покриттів, перекриттів, підвісних стель, маршів і сходових площадок під час випробувань слід піддавати вогневому впливу з нижнього боку.
Конструкції, які мають в проектному положенні ухил більш як 30о, слід випробовувати у вертикальному положенні, інші – у горизонтальному положенні.
Зразки огороджувальних конструкцій слід розташовувати таким чином, щоб стики плит і панелей знаходились з боку прорізу печі і проміжок між зразком і піччю становив 5±0,5 см.
Зразки конструкцій слід випробовувати у ненавантаженому стані.
Г.4.2 Початок випробувань
Початком випробувань вважається час увімкнення пальників у печі.
Не більше як за 5 хв. до початку випробувань необхідно зареєструвати початкові значення температури в печi та на зразку за показниками усіх термопар.
