УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДУ РОЗРАХУНКОВОЇ ОЦІНКИ ВОГНЕСТІЙКОСТІ СТАЛЕВИХ БАЛОК ІЗ ВОГНЕЗАХИСНИМ МІНЕРАЛОВАТНИМ ОБЛИЦЮВАННЯМ

Abstract

Борсук О. В. Удосконалення методу розрахункової оцінки вогнестійкості сталевих балок із вогнезахисним мінераловатним облицюванням. – Кваліфікована праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 – пожежна безпека, підготовлена в Черкаському інституті пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України. Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, Львів, 2021.

Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної науково-технічної задачі розкриття закономірностей залежності часу настання моменту відшарування мінераловатного вогнезахисного облицювання від конструктивних параметрів сталевих балок із таким типом вогнезахисту як наукове підґрунтя для удосконалення методів розрахункової оцінки вогнестійкості даних конструкцій. Аналіз даних статистики пожеж за останні 5 років вказує на збільшення їх кількості, зокрема у будівлях із сталевими каркасами їх кількість складає одну третину від загальної кількості. Більш як половина елементів сталевих каркасів будівель даного типу потребує улаштування вогнезахисних систем. Серед великого розмаїття вогнезахисних систем для сталевих балок останнім часом великого поширення зазнали системи на основі мінераловатного облицювання. Їхньою особливістю є використання високоміцних клейових з’єднань, стійких до температурного впливу. Але, при цьому, невеликої міцності мінераловатних панелей існує велика ймовірність відшарування мінераловатного облицювання по її шарах і як слідство, втрати вогнезахисної здатності протягом часу впливу стандартного температурного режиму пожежі, що встановлюється відповідним класом вогнестійкості. Тож установлена відповідність тому чи іншому класу вогнестійкості має бути піддана корекції з огляду на таку обставину. Аналіз наукових робіт, виконаних у галузі вогнестійкості сталевих балок із вогнезахисними системами показав, що методи оцінки вогнестійкості сталевих балок із мінераловатним вогнезахисним облицюванням з огляду на можливість відшарування вогнезахисного мінераловатного облицювання не були досліджені. Це є стримуючою обставиною для застосування сталевих балок із мінераловатним вогнезахистом або є причиною помилок при проєктуванні вогнестійких сталевих конструкцій будівель та споруд з точки зору їхньої пожежної безпеки. Розкриття закономірностей впливу конструктивних параметрів сталевих балок на умови відшарування мінераловатного вогнезахисного облицювання є актуальною науковою задачею, розв’язання якої буде науковим підґрунтям удосконалення розрахункових методів прогнозування вогнестійкості даних конструкцій, що у свою чергу є частиною передумов забезпечення їх відповідності нормованим класам вогнестійкості вищевказаних будівельних конструкцій та підвищення рівня пожежної безпеки будівель та споруд, зведених на їх основі. Ідея роботи вбачається у створенні передумов гарантування нормованої вогнестійкості сталевих балок з мінераловатним вогнезахисним облицюванням шляхом удосконалення методів прогнозування часових меж відшарування вогнезахисного облицювання і відповідно розвиток на їх основі коректних методів розрахункової оцінки вогнестійкості даних конструкцій, що враховують закономірності впливу конструктивних параметрів подібних сталевих балок за умов впливу стандартного температурного режиму пожежі. Мета роботи передбачає розкриття закономірностей настання втрати вогнезахисної здатності у наслідок відшарування мінераловатного вогнезахисту сталевих балок від часу теплового впливу пожежі, як наукового підґрунтя удосконалення методу розрахункової оцінки вогнестійкості балок такого типу. Для досягнення поставленої мети були вирішені такі основні завдання: - проведено аналітичні дослідження статистичних даних щодо пожеж в Україні за останні роки, а також проаналізовано нормативну базу, яка регламентує вимоги щодо нормування забезпечення вогнестійкості сталевих балок із мінераловатним вогнезахистом; - розроблено методику експериментальних досліджень з вогневих випробувань сталевих балок з мінераловатним вогнезахисним облицюванням для вивчення температури їх нагрівання під впливом стандартного температурного режиму пожежі; - розроблено методику та визначено на її основі температурні залежності теплофізичних характеристик мінераловатного облицювання на основі проведених експериментальних досліджень сталевих балок, також виявлено закономірності досягнення критичних температур при використанні даних характеристик у залежності від конструктивних параметрів даного типу балок; - розроблено методику математичного моделювання поведінки мінераловатного вогнезахисного облицювання із можливістю його відшарування під тепловим впливом стандартного температурного режиму пожежі; - із використанням розроблених методик виявлено закономірності залежності часу відшарування мінераловатного вогнезахисного облицювання у залежності від конструктивних параметрів сталевих балок із даним типом вогнезахисту; - розроблено методику розрахункової оцінки вогнестійкості сталевих балок із мінераловатним вогнезахисним облицюванням із врахуванням можливості його відшарування під час теплового впливу стандартного температурного режиму пожежі. За підсумками досліджень вперше: - встановлено, що залежність часу досягнення критичної температури у вигляді регресійної залежності від значення критичної температури кр та товщини dp вогнезахисного мінераловатного облицювання U = 33,938 + 1,397dp  0,081кр + 2,3510-3 dpкр і на її основі побудована відповідна номограма; - встановлена залежність часу відшарування мінераловатного вогнезахисного облицювання сталевих балок під впливом стандартного температурного режиму пожежі від їх коефіцієнту перерізу A/Vm, товщини мінераловатного облицювання dр та рівня навантаження f, що має вигляд tc = 44,4  0,0599A/Vm + 0,725d  4,813 f  8,7610-3A/Vmd  0,0314A/Vm f  0,178df + 6,2910-4A/Vm d f.; - з урахуванням виявлених закономірностей впливу конструктивних параметрів, а також навантаження сталевих балок на час відшарування мінераловатного вогнезахисного облицювання під час впливу стандартного температурного режиму пожежі, обґрунтовано та запропоновано удосконалений метод розрахункової оцінки вогнестійкості елементів конструкцій даного типу. Подальшого розвитку набуло застосування розрахункових стандартних методів розрахункової оцінки вогнестійкості сталевих балок з вогнезахисним облицюванням для визначення відповідних вихідних даних для проєктування споруд з їх застосуванням.