Определение фактических пределов огнестойкости стальных конструкций с учетом реальной пожарной нагрузки

Введение. Пределы огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций могут быть определены с помощью метода расчета тепломассообмена при пожаре. Применение метода осложняется многофакторностью и нелинейностью задачи. При необходимости может быть создан температурный режим, учитывающий реальные условия пожара. В данной работе проведены расчеты фактических пределов огнестойкости металлических конструкций теплоэлектростанции.
Цели и задачи. Определение фактических пределов огнестойкости несущих металлических конструкций при наиболее опасном сценарии развития реального пожара.
Методы исследования. С учетом сложности объемно-планировочных решений здания выбран полевой метод расчета, который может быть применен для помещений сложной геометрической конфигурации, в которых один из геометрических размеров гораздо больше остальных. Решаются нестационарные трехмерные дифференциальные уравнения законов сохранения массы, импульса и энергии для газовой среды помещения (уравнения Навье – Стокса в форме Рейнольдса), а также для компонентов газовой среды и оптической плотности дыма. Для определения распределения температур внутри строительной конструкции в одномерном случае решается уравнение теплопроводности. Пределом огнестойкости строительной конструкции считается момент времени от начала пожара, когда температура хотя бы в одном месте конструкции достигает критического значения.
Результаты и обсуждение. Результаты расчетов показали, что при наиболее опасном сценарии развития пожара максимальные температуры несущих металлических конструкций в течение 15 мин от начала пожара существенно меньше критической температуры 500 °С.
Выводы. Огнезащита несущих металлических конструкций, расположенных в машинном отделении с паровыми турбинами, не требуется.

1. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. М. : Академия ГПС МЧС России, 2005. 336 с.

2. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб. пособие. М. : Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.

3. Пузач С.В., Зернов С.И., Богатищев А.И., Карпов С.Ю. Расчет фактических пределов огнестойкости строительных конструкций с учетом реальных параметров пожара, действий систем пожаротушения, механической вентиляции и дымоудаления (математическая модель и методика расчета). Саранск : Мордовское книжное издательство, 2004. 80 с.

4. Пузач С.В. Интегральные, зонные и полевые методы расчета динамики опасных факторов пожара : свидетельство об официальной регистрации программы № 2006614238 в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 08.12.2006. № 2006613462; заявл. 12.10.2006.

5. Пузач С.В. Определение огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара : свидетельство об официальной регистрации программы № 2006614237 в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 08.12.2006 г.

6. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М. : Энергоатомиздат, 1984. 150 с.

7. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. : Наука, 1987. 840 с.

8. Hosoya T., Kawamoto H., Saka S. Pyrolysis behaviors of wood and its constituent polymers at gasification temperature // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2007. Vol. 78. Pp. 328–336. DOI: 10.1016/j.jaap.2006.08.008

9. Boonmee N., Quintiere J.G. Glowing and flaming autoignition of wood // Proceedings of the Combustion Institute. 2002. Vol. 29. Issue 1. Pp. 289–296.

10. Zelinka S.L., Pei S., Bechle N., Sullivan K., Ottum N., Rammer D.R., Hasburgh L.E. et al. Performance of wood adhesive for cross laminated timber under elevated temperatures // Proceedings, WCTE 2018-world conference on timber engineering, Seoul, Republic of Korea. 2018. 7 p.

11. Boonmee N.A. A theoretical investigation of surface glowing ignition leading to gas flaming autoignition // Fire Safety Science. 2005. Vol. 8. Pp. 139–150. DOI: 10.3801/iafss.fss.8-139

12. Babrauskas V. Ignition of wood: A review of the state of the art // Journal of Fire Protection Engineering. 2002. Vol. 12. Issue 3. Pp. 163–189. DOI: 10.1177/10423910260620482

13. Anon ANSI/APA PRG 320: standard for performance rated cross-laminated timber. APA –– The Engineered Wood Association, Tacoma. 2018.

14. Merryweather G., Spearpoint М.J. Flame spread measurements on wood products using the ASTM E 1321 LIFT apparatus and a reduced scale adaptation of the cone calorimeter // Flame and Materials. 2010. Vol. 34. Issue 3. Pp. 109–136. DOI: 10.1002/fam.1001

15. Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations // Monthly Weather Review. 1963. Vol. 91. Issue 3. Pp. 99–164. DOI: 10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWT P>2.3.CO;2

16. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М. : Атомиздат, 1979. 416 с.

17. Кошмаров Ю.А. Теплотехника. М. : Академия ГПС МЧС России, 2006. 501 с.

18. White R.H., Dietenberger M.A. Fire Safety // Wood Handbook –– Wood as an Engineering Material, Ch. 17. US : Department of Agriculture, Forest Products Laboratory, 2002. 508 p.

19. Aseeva R.M., Serkov В.В., Sivenkov A.B., Thanh D.D. Heat and smoke release at the combustion of the different wood varieties // Fire science and technology 6th Asia –– Okeania symposium Daegu, Korea, Korean Institute of Fire Science and Engineering, March 17–20. 2004. Pp. 203–211.

20. Ушанов В.В., Фадеев В.Е., Харитонов В.С., Щелкунов В.И., Павловский А.В., Косачев А.А. Огнестойкость и пожарная опасность сэндвич-панелей и предложения по внесению изменений в нормативные правовые акты по пожарной безопасности в части их применения в зданиях и сооружениях различного функционального назначения // Пожарная безопасность. 2016. № 4. С. 119–122. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27521504

21. Lyon R.E., Quintiere J.G. Criteria for piloted ignition of combustible solids // Combustion and Flame. 2007. Vol. 151. Issue 4. Pp. 551–559. DOI: 10.1016/J.COMBUSTFLAME.2007.07.020

22. Andersen J. Experimental study of the thermal resistance of intumescent coatings exposed to different heating rates : Master of Science thesis, Civil Engineering Department, Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark, 2015.

23. Su J., Lafrance P.-S., Hoehler M., Bundy M. Fire safety challenges of tall wood buildings phase 2: task 2 & 3 cross laminated timber compartment fire tests, fire protection research foundation, Quincy, MA U.S. Energy Information Administration (EIA) (s.d.) Consulté 22 novembre 2019, à l’adresse. 2018. URL: https://www.eia.gov/energyexplained/biomass/

24. Simões G., Magalhães D., Rabaçal M., Costa M. Effect of gas temperature and oxygen concentration on single particle ignition behavior of biomass fuels // Proceedings of the Combustion Institute. 2017. Vol. 36. Issue 2. Pp. 2235–2242. DOI: 10.1016/j.proci.2016.06.102

25. Corbetta A.F., Frassoldati A., Bennadji H., Smith K., Serapiglia M.J., Gauthier G. et al. Pyrolysis of centimeter-scale woody biomass particles: kinetic modeling and experimental validation // Energy & Fuels. 2014. Vol. 28. Issue 6. Pp. 3884–3898. DOI: 10.1021/ef500525v

26. Di Blasi C., Branca C., Santoro A., Hernandez E.G. Pyrolytic behaviour and products of some wood varieties // Combustion and Flame. 2001. Vol. 124. Issue 1-2. Pp. 165–177. DOI: 10.1016/S0010-2180(00)00191-7

27. Пожарная нагрузка. Справочник. Редакция 2. 15.05.2014. Строительные Информационные Технологии и Системы. СИТИС-СПН-1. 2014. 53 с.

28. Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure // Fire Technology. 2019. Vol. 52. Issue 4. Pp. 1015–1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2

29. Haseli Y., Van Oijen J.A., De Goey L.P.H. A detailed one-dimensional model of combustion of a woody biomass particle // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102 (20). Pp. 9772–9782. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.07.075

30. Janssens M. Development of a fire performance assessment methodology for qualifying crosslaminated timber adhesives. SwRI Project No. 01.23086.01.001a, Southwest Research Institute, San Antonio, TX. 2017. 78 p.

31. Aseeva R.M., Serkov B.B., Sivenkov A.B. Fire behavior and fire protection in timber buildings. Germany : Springer Series in Wood Science, 2014. 280 p. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5

32. Болдырев А.С., Золотов П.П., Люсов А.Н., Кабанов Н.П., Филиппович Н.И. Строительные материалы : справочник / под ред. А.С. Болдырева. М. : Стройиздат, 1989. 567 с.

33. Яковлев А.Я. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М. : Стройиздат, 1988. 143 с.

34. Wang L., Dong Y., Zhang D., Zhang D., Zhang C. Experimental study of heat transfer in intumescent coatings exposed to non-standard furnace curves // Fire Technology. 2015. Vol. 51. Issue 3. Pp. 627–643. DOI: 10.1007/s10694-015-0460-7

35. Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure // Fire Technology. 2016. Vol. 52. No. 4. Pp. 1015–1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2