firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.18322/PVB.2019.28.06.29-34firesmi-805Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSРасчет фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций при различных температурных режимах пожараAn evaluation of an actual fire resistance limit of non-protected steel structures for different temperature regimes of fireshttps://orcid.org/0000-0003-1916-2547ШебекоЮ. Н.ShebekoYu. N.yn_shebeko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7799-2058ЗубаньА. В.ZubanA. V.avzuban@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5771-2127ШебекоА. Ю.ShebekoA. Yu.ay_shebeko@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС РоссииРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of RussiaRussian Federation2019180120202862934Copyright © Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю., 20202020Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю.Shebeko Y.N., Zuban A.V., Shebeko A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/805Введение

Введение. В соответствии с требованиями СП 2.13130.2012 (п. 5.4.3) допускается применение незащищенных стальных конструкций, если требуемый предел их огнестойкости составляет R15 (RE15, REI15). Однако фактический предел огнестойкости зависит как от приведенной толщины конструкции, так и от температурного режима пожара (“целлюлозный” или углеводородный). Работа посвящена расчетной оценке фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций для температурных режимов, соответствующих стандартным “целлюлозному” и углеводородному пожарам, в зависимости от приведенной толщины конструкций.

Методика расчета и полученные результаты. Численное моделирование прогрева конструкций проводили с помощью программного комплекса FDS 6. Рассматривались стальные незащищенные конструкции с приведенной толщиной δкр от 3 до 60 мм. Предел огнестойкости устанавливали по достижении конструкцией температуры 500 °С. Получены зависимости фактического предела огнестойкости конструкции от ее приведенной толщины δкр, который для углеводородного режима пожара оказался существенно ниже, чем для “целлюлозного”. Найдена зависимость отношения пределов огнестойкости для углеводородного и “целлюлозного” пожаров от приведенной толщины строительной конструкции.

Заключение

Заключение. Результаты работы подтверждают обоснованность требований СП 2.13130.2012 (п. 5.4.3) в части возможности применения незащищенных стальных конструкций, если требуемый предел огнестойкости составляет R15 (RE15, REI15) для “целлюлозного” пожара. В то же время для углеводородного режима пожара данное требование неприменимо.

Introduction

Introduction. A normative document Set of Rules 2.13130.2012 (item 5.4.3) states that if an required fire resistance limit of structures is equal to R15 (RE15, REI15) an application of non-protected steel structures is possible. But an actual fire resistance limit depends both on a reduced thickness of the structure and a temperature regime of a fire (for example “cellulose” or hydrocarbon regime). This study is aimed on a numerical evaluation of the actual fire resistance limit of the non-protected steel structures for the standard “cellulose” and hydrocarbon temperature regimes of fires at various reduced thickness of the structures.

Methodology and results

Methodology and results. A numerical modeling of a heating of the structures was carried out using the software FDS 6. The non-protected steel structures having the reduced thickness δcr from 3 to 60 mm were considered. The fire resistance limits were determined as a time interval from a beginning of the fire to the time moment when the temperature of the structure reaches a value of 500 °C. Dependences of the actual fire resistance limits on δcr were obtained. These limits for the hydrocarbon fire were substantially lower than for “cellulose” one. A dependence of a ratio of the fire resistance limits for the hydrocarbon and “cellulose” fires on the reduced thickness of the structure was found.

Conclusion

Conclusion. The results of this study confirm the requirement of the normative document Set of Rules 2.13130.2012 (item 5.4.3) concerning a possibility of the application of the non-protected steel structures in the case when the required fire resistance limit is equal to R15 (RE15, REI15), but only for the “cellulose” fire. But this requirement is not valid for the hydrocarbon fire.

“целлюлозный” пожаруглеводородный пожарприведенная толщина конструкцииFDS 6прогрев конструкции“cellulose” firehydrocarbon firereduced thickness of a structuresoftware FDS 6temperatures of steel structuresReferencesМолчадский И. С. Пожар в помещении. — М. : ВНИИПО, 2005. — 456 с.I. S. Molchadskiy. Pozhar v pomeshchenii [Fire in a room]. Moscow, VNIIPO Publ., 2005. 456 p. (in Russian).Голованов В. И., Павлов В. В., Пехотиков А. В. Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитными плитами КНАУФ-Файерборд // Пожарная безопасность. — 2016. — № 3. — С. 171–178.V. I. Golovanov, V. V. Pavlov, A. V. Pekhotikov. Engineering method for designing fire resistance of steel constructions protected by KNAUF-Fireboard plates. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2016, no. 3, pp. 171–178 (in Russian).Голованов В. И., Павлов В. В., Пехотиков А. В. Оценка качества нанесения средств огнезащиты на стальные конструкции зданий и сооружений различного функционального назначения // Пожарная безопасность. — 2015. — № 3. — С. 74–82.V. I. Golovanov, V. V. Pavlov, A. V. Pekhotikov. Assessment of quality application of fire protection means on steel constructions of buildings and structures of various functional purposes. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2015, no. 3, pp. 74–82 (in Russian).Голованов В. И., Пехотиков А. В., Павлов В. В. Расчет огнестойкости конструкций из стали с повышенными показателями огнестойкости для объектов нефтегазовой промышленности // Территория НЕФТЕГАЗ. — 2007. — № 4. — С. 72–77.V. I. Golovanov, A. V. Pekhotikov., V. V. Pavlov. A calculation of a fire resistance of steel structures with elevated indexes of the fire resistance for oil and gas industrial objects. Territorija NEFTEGAS / Oil and Gas Territory, 2007, no. 4, pp. 72–77 (in Russian).Хасанов И. Р., Голованов В. И. Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций // Юбилейный сборник трудов ФГБУ ВНИИПО МЧС России. — М. : ВНИИПО, 2012. — С. 81–101.I. R. Khasanov, V. I. Golovanov. A fire resistance ensuring of bearing structures. In: Yubileynyy sbornik trudov FGBU VNIIPO MChS Rossii [Anniversary Proceedings of All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia]. Moscow, VNIIPO Publ., 2012, pp. 81–101 (in Russian).PD 7974-7:2003. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings — Part 7: Probabilistic risk assessment. — London : British Standards Institution, 2003. — 88 p.PD 7974-7:2003. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings — Part 7: Probabilistic risk assessment. — London : British Standards Institution, 2003. — 88 p.Law M. A review of formulae for T-equivalence // Fire Safety Science. — 1997. — Vol. 5. — P. 985–996. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-985.Law M. A review of formulae for T-equivalence // Fire Safety Science. — 1997. — Vol. 5. — P. 985–996. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-985.Thomas G. C., Buchanan A. H., Fleischmann C. M. Structural fire design: the role of time equivalence // Fire Safety Science. — 1997. — Vol. 5. — P. 607–618. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-607.Thomas G. C., Buchanan A. H., Fleischmann C. M. Structural fire design: the role of time equivalence // Fire Safety Science. — 1997. — Vol. 5. — P. 607–618. DOI: 10.3801/iafss.fss.5-607.Shebeko Yu. N., Shebeko A. Yu. Conditions of fire and explosion safety at a determination of operation parameters of industrial facilities // Science and Technology of Energetic Material. — 2011. — Vol. 72, No. 2. — P. 57–61.Shebeko Yu. N., Shebeko A. Yu. Conditions of fire and explosion safety at a determination of operation parameters of industrial facilities // Science and Technology of Energetic Material. — 2011. — Vol. 72, No. 2. — P. 57–61.Cadorin J. F., Perez Jimenez C., Franssen J. M. Influence of the section and of the insulation type on the equivalent time // Proceedings of the 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. — Ulster : University of Ulster, 2004. — P. 547–557.Cadorin J. F., Perez Jimenez C., Franssen J. M. Influence of the section and of the insulation type on the equivalent time // Proceedings of the 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. — Ulster : University of Ulster, 2004. — P. 547–557.Yang You-Fu, Fu Feng. Fire resistance of steel beam to square CFST column composite joints using RC slabs: Experiments and numerical studies // Fire Safety Journal. — 2019. — Vol. 104. — P. 90–108. DOI: 10.1016/j.firesaf.2019.01.009.Yang You-Fu, Fu Feng. Fire resistance of steel beam to square CFST column composite joints using RC slabs: Experiments and numerical studies // Fire Safety Journal. — 2019. — Vol. 104. — P. 90–108. DOI: 10.1016/j.firesaf.2019.01.009.Шебеко А. Ю., Шебеко Ю. Н., Гордиенко Д. М. Расчетная оценка эквивалентной продолжительности пожара для стальных конструкций технологической эстакады нефтеперерабатывающего предприятия // Пожарная безопасность. — 2017. — № 1. — С. 25–29.A. Yu. Shebeko., Yu. N. Shebeko, D. M. Gordienko. A settlement assessment of equivalent fire duration for steel structures of pipe rack of a refinery. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2017, no. 1, pp. 25–29 (in Russian).Correia A. M., Pires T. A. C., Rodrigues J. P. C. Behaviour of steel columns subjected to fire // Proceedings of the Sixth International Seminar on Fire and Explosion Hazards (April 11–16, 2010, Leeds, UK) / D. Bradley, G. Makhviladze, V. Molkov (eds.). — Leeds : Research Publishing, 2011. — P. 879–890. DOI: 10.3850/978-981-08-7724-8_13-01.Correia A. M., Pires T. A. C., Rodrigues J. P. C. Behaviour of steel columns subjected to fire // Proceedings of the Sixth International Seminar on Fire and Explosion Hazards (April 11–16, 2010, Leeds, UK) / D. Bradley, G. Makhviladze, V. Molkov (eds.). — Leeds : Research Publishing, 2011. — P. 879–890. DOI: 10.3850/978-981-08-7724-8_13-01.Qing Xu, Guo-Qiang Li, Jian Jiang, Yong C. Wang. Experimental study of the influence of topcoat on insulation performance of intumescent coating for steel structures // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 101. — P. 25–38. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.08.006.Qing Xu, Guo-Qiang Li, Jian Jiang, Yong C. Wang. Experimental study of the influence of topcoat on insulation performance of intumescent coating for steel structures // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 101. — P. 25–38. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.08.006.Meijing Liu, Shenggang Fan, Wenjun Sun, Runmin Ding, Ting Zhu. Fire-resistant design of eccentrically compressed stainless steel columns with constraints // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 100. — P. 1–19. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.06.006.Meijing Liu, Shenggang Fan, Wenjun Sun, Runmin Ding, Ting Zhu. Fire-resistant design of eccentrically compressed stainless steel columns with constraints // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 100. — P. 1–19. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.06.006.Maciulaitis R., Grigonis M., Malaiskiene J. The impact of the aging of intumescent fire protective coatings on fire resistance // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 98. — P. 15–23. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.03.007.Maciulaitis R., Grigonis M., Malaiskiene J. The impact of the aging of intumescent fire protective coatings on fire resistance // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 98. — P. 15–23. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.03.007.Lucherini A., Giuliani L., Jomaas G. Experimental study of the performance of intumescent coatings exposed to standard and non-standard fire conditions // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 95. — P. 42–50. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.10.004.Lucherini A., Giuliani L., Jomaas G. Experimental study of the performance of intumescent coatings exposed to standard and non-standard fire conditions // Fire Safety Journal. — 2018. — Vol. 95. — P. 42–50. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.10.004.Quiel S. E., Yokoyama T., Bregman L. S., Mueller K. A., Marjanishvili S. M. A streamlined frame work for calculating the response of steel-supported bridges to open-car tanker truck fires // Fire Safety Journal. — 2015. — Vol. 73. — P. 63–75. DOI: 10.1016/j.firesaf.2015.03.004.Quiel S. E., Yokoyama T., Bregman L. S., Mueller K. A., Marjanishvili S. M. A streamlined frame work for calculating the response of steel-supported bridges to open-car tanker truck fires // Fire Safety Journal. — 2015. — Vol. 73. — P. 63–75. DOI: 10.1016/j.firesaf.2015.03.004.Шебеко А. Ю., Шебеко Ю. Н. Взаимосвязь величин температуры строительных конструкций при стандартном и углеводородном температурных режимах пожара // Пожарная безопасность. — 2017. — № 2. — С. 46–49.A. Yu. Shebeko, Yu. N. Shebeko. Relationship of temperatures of building structures at the standard and hydrocarbon regimes of fires. Pozharnaya bezopasnost / Fire Safety, 2017, no. 2, pp. 46–49 (in Russian).McGrattan K. B., McDermott R. J., Weinschenk C. G., Forney G. P. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide (version 6.1) / NIST Special Publication-1018. — Gaithersburg, Maryland : National Institute of Standards and Technology, 2013.McGrattan K. B., McDermott R. J., Weinschenk C. G., Forney G. P. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide (version 6.1) / NIST Special Publication-1018. — Gaithersburg, Maryland : National Institute of Standards and Technology, 2013.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.