Об огнестойкости трехслойных панелей с гибкими связями из композитных материалов

Вопрос об огнестойкости трёхслойных железобетонных стеновых панелей с гибкими связями из стеклопластика подробно рассмотрен в Итоговом отчёте Сибирского государственного университета путей сообщения . В данном отчёте изложено, в частности, совместное экспертное заключение НИИЖБ и ВНИИПО МВД РФ, с выводами о том, что трёхслойные железобетонные стеновые панели с гибкими связями из стеклопластика, выпускаемыми Бийским заводом стеклопластиков, рассчитанные (спроектированные) в соответствии с действующими в РФ нормативными документами, могут применяться в зданиях I степени огнестойкости по СНиП 21-01-97 (СП). Также в отчёте даны рекомендации по минимальным толщинам бетонных слоёв трёхслойных панелей, обеспечивающим первую степень огнестойкости при применении в них гибких связей, выпускаемых Бийским заводом стеклопластиков.

Кратко, покажем, на чём основаны выводы и рекомендации экспертизы:

Как  указано в СП, показателем огнестойкости строительной конструкции является предел огнестойкости. Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:

• потеря несушей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций (R);
• потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);
• потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений

Свод правил регламентирует 5 степеней огнестойкости строительных конструкций (зданий, сооружений), показатели которых  приведены в таблице 1.

Таблица 1

Степень огнестойкости здания	Предел огнестойкости строительных конструкций, мин, не менее
	Наружные несущие элементы здания	Наружные ненесущие стены
I	R 120	E 30
II	R 90	E 15
III	R 45	E 15
IV	R 15	E 15
V	Не нормируется
Примечание – К несущим элементам здания относятся несущие стены и колонны, связи, диафрагмы жесткости, элементы перекрытий (балки, ригели или плиты), если они участвуют в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания при пожаре.

   Испытания строительных конструкций на огнестойкость проводят в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 30247.0-94.

Как указано в ГОСТе в процессе испытания в испытательных печах создают стандартный температурный режим, характеризуемый следящей зависимостью 

Т – Т0 = 345 lg (8•t + 1), °С,         (1)

где Т – температура в печи, соответствующая времени t , °С;

               Т0 – температура в печи до начала теплового воздействия (принимается равной темпера-туре окружающей среды), °С;

                t – время, исчисляемое от начала  испытания, мин.

Результаты расчёта температуры в печи, проведённого по зависимости (1), для значений времени, соответствующих ряду пределов огнестойкости, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Время от начала испытания, мин	15	30	45	60	90	120	240	360
Температура в печи, °С,	718	821	875	925	986	1029	1133	1193

Результаты теплового расчёта трёхслойной конструкции (панели) при стандартных (нормативных) теплотехнических характеристиках (коэффициентах теплопроводности, плотностях и т.п.) материалов, входящих в неё слоёв, приведены на рисунке.

 

 

1 – внутренний слой панели из тяжелого бетона;  2 – средний слой панели из полистирольного пенопласта ПСБ-С; 3 – внутренний слой из  тяжёлого бетона; 4 – гибкая стеклопластиковая  связь; 5 – кривые распределения температуры по толщине панели за время τ при нагреве со стороны внутреннего слоя.

Рисунок – Распределение температур по толщине трехслойной железобетонной панели с гибкими стеклопластиковыми связями и утеплителем из пенополистирола ПСБ-С при нагреве по режиму «стандартного» пожара.

Для упрощения на рисунке изображена горизонтальная связь-распорка, но в панели основную растягивающую нагрузку воспринимают наклонные связи-подвески.

В результате экспериментальных исследований, проведённых при подтверждении пригодности для применения в качестве гибких связей стеклопластиковой арматуры, изготавливаемой Бийским заводом стеклопластиков, установлено, что критическая (предельная) температура нагрева (t_кп)  стеклопластиковой гибкой связи (по ТУ 2296-001-20994511), при которой сохраняется достаточная для обеспечения её несущей способности прочность, составляет 175 °С.

Как видно из рисунка, такая температура обеспечивает предел огнестойкости трёхслойной панели  R120  (при характеристиках и параметрах, принятых в качестве исходных данных при теоретическом расчёте).

Примечание – Рекомендации справедливы при глубине заделки анкеров в бетон  40 мм.  При ее увеличении необходимо соответственно увеличивать толщины слоев.

Рекомендации НИИЖБ и ВНИИПО по толщинам бетонных слоев трехслойных панелей (различных степеней огнестойкости) с гибкими стеклопластиковыми связями, необходимым для обеспечения надёжной стойкости панелей при пожаре, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Вид конструкции	Степень огнестойкости здания	Наибольшая допустимая высота здания, м	Минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции	Минимальная толщина наружного бетонного слоя, см*	Минимальная толщина внутреннего бетонного слоя, см*
Наружная несущая стена (панель)	I	75	R120	6/5	11/10
	II	50	R75	6/5	10/9
	III	28	R45	5/4	8/7
Наружная  не несущая стена (панель)	I	75	E30	6/5	8/8
	II	50	E15	6/5	7/6
	III	28	E15	5/4	6/5
*Примечание –В числителе указана толщина слоя из тяжёлого бетона, в знаменателе – из лёгкого бетона с плотностью не более 1300 кг/м3.

Неоднократные огневые испытания трёхслойных панелей со стеклопластиковыми гибкими связями, спроектированными в соответствии с рекомендациями, изложенными в отчёте, подтвердили правильность выводов и рекомендаций, изложенных в экспертном заключении.

На основании данных испытаний на трёхслойные стеновые панели с  гибкими стеклопластиковыми  связями, выпускаемыми Бийским заводом стеклопластиков, выдан сертификат о пожарной безопасности.

Обращаем внимание! Выводы и рекомендации, изложенные в отчёте и в данной статье, справедливы только для трёхслойных панелей с гибкими связями, выпускаемыми Бийским заводом стеклопластиков по ТУ 2296-001-20994511.  Поскольку гибкие связи из композитных материалов, выпускаемые другими производителями, могут обладать другими механическими и теплофизическими характеристиками (прочность при растяжении, прочность сцепления с бетоном, теплопроводность, температура стеклования связующего, критическая температура нагрева и т.п.)  для обеспечения надёжной работоспособности трёхслойных панелей с этими гибкими связями, следует проводить теоретические и экспериментальные исследования, аналогичные исследованиям, описанным в отчёте.

Список использованных источников:
1. Подтверждение пригодности для применения в строительстве (в качестве гибких связей в трёхслойных железобетонных стеновых панелях и стенах) стеклопластиковой арматуры ТУ 2296-001-20994511, изготавливаемой Бийским заводом стеклопластиков. Разработка рекомендаций по применению./ Итоговый отчёт в 3-х книгах. Книга 1. СГУПС, Новосибирск, 1999.
2. СП 112.13330.2011 "СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений".
3. ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость