Исследование влияния прогрева от второстепенных стальных конструкций без огнезащиты на предел огнестойкости стальных балок в огнезащите

Введение. В международной практике проектирования пассивной огнезащиты и согласно требованиям некоторых изготовителей огнезащиты рекомендуется наносить огнезащиту не только на основной элемент, для которого нормируется предел огнестойкости, но и на элементы, для которых отсутствуют требования по пределам огнестойкости. Примером могут служить поддерживающие кронштейны, опоры трубопроводов и прочие второстепенные строительные конструкции (ВСК), не являющиеся несущими элементами в соответствии с СП 2.13130.2020, которые крепятся к конструкциям в огнезащите. Для таких ВСК рекомендовано наносить огнезащиту (coatback of attachments) на длину не менее 450 мм от места крепления к конструкции в огнезащите при площади сечения ВСК более 3000 мм². Данная практика устройства «дополнительной» огнезащиты в российском проектировании и нормативных документах по пожарной безопасности отсутствует.
Предмет исследования. Изменение предела огнестойкости стальных балок в огнезащите от прогрева ВСК в зависимости от их площади сечения и места крепления.
Цель. Оценить степень влияния площади сечения и места крепления ВСК при нагреве на предел огнестойкости стальных балок в огнезащите.
Материалы и методы. Численное моделирование проводилось с помощью программного комплекса ANSYS Workbench 2020 R2 (студенческая версия).
Результаты. Моделирование показало, что ВСК без огнезащиты при нагреве влияет на предел огнестойкости конструкций в огнезащите.
Выводы. В существующей методике расчета огнестойкости стальных конструкций не учитывается возможность снижения предела огнестойкости от прогрева ВСК без огнезащиты. Результаты численного моделирования показали, что при проектировании огнезащиты необходимо учитывать возможное снижение предела огнестойкости конструкций в огнезащите от прогрева ВСК без огнезащиты. Для дальнейшей проверки влияния ВСК без огнезащиты на время достижения предельного состояния стальной балки в огнезащите требуется проведение огневых испытаний, а также дополнительных исследований для оценки влияния прогрева от ВСК на вертикальные конструкции в огнезащите, в том числе с учетом углеводородного режима пожара.

1. Guidance on passive fire protection for process and storage plant and equipment. Energy Institute, 2017. 115 p.

2. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М. : Стройиздат, 1988. 144 с.

3. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. 382 с.

4. Ройтман В.М. Огнестойкость строительных материалов как базовая характеристика кинетической теории огнестойкости // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2019. Вып. 1. С. 62–69.

5. Ройтман В.М., Серков Б.Б., Приступнюк Д.Н. Направления развития теории огнестойкости конструкций, зданий и сооружений с учетом комбинированных особых воздействий с участием пожара // XXIX Международная научно-практическая конференция, посвященная 80-летию ФГБУ ВНИИПО МЧС России : в 2-х ч. Ч. 2: Горение и проблемы тушения пожаров : тез. докл. М. : ВНИИПО, 2017. С. 42–45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29942736

6. Ройтман В.М., Голованов В.И. Необходимость технического регулирования огнестойкости зданий с учетом возможности комбинированных особых воздействий с участием пожара // Пожарная безопасность/Fire Safety. 2014. № 1. С. 86–93.

7. 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/Fire Safety. 2015. № 3. С. 74–82.

8. Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю., Зубань А.В. Определение требуемой толщины вспучивающегося огнезащитного покрытия на стальных конструкциях для заданных пределов огнестойкости // Пожарная безопасность/Fire Safety. 2020. № 1. С. 26–29.

9. Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю. Расчет фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций при различных температурных режимах пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. Т. 28. № 6. С. 29–34. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29-34

10. Перельмутер А.В. Расчет огнестойкости стальных конструкций // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering/Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. 2019. Т. 15. № 1. С. 110–118. DOI: 10.22337/2587-9618-2019-15-1-110-118 URL: https://ijccse.iasv.ru/index.php/ijccse/article/view/195

11. Молчадский И.С. Пожар в помещении. М. : ВНИИПО, 2005. 456 с.

12. Amdahl J., Holmas T., Skallerud B. Ultimate strength of structural members with attachments during accidental fires // International Conference Response of Structures to Extreme Loading. Toronto, Canada. 2003.

13. Friebe M., Jang B.S., Jim Y. A parametric study on the use of passive fire protection in FPSO topside module // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2014. Vol. 6. Pp. 826–839. DOI: 10.2478/IJNAOE-2013-0216

14. Podolski D., Wang Y.-C., Yuan J. Numerical investigation of intumescent ‘coatback’ on unprotected secondary beams // Applications of Fire Engineering –– Proceedings of the International Conference of Applications of Structural Fire Engineering, ASFE. 2017. Pp. 161–170.

15. Necip Onder Akinci, Krishna Parvathaneni, Abhimanyu Kumar, Hyun-Su Kim, Michael Stahl, Xiaowei Dai. Advanced Fire Integrity Analysis and PFP Optimization Methods for Petrochemical Facilities // 21st Annual international Symposium October, Texas. 2018.

16. Munoz-Garcia E. Analysis and design challenges and solutions of 3 sided passive fire protection PFP on steel beam desks for offshore installations // Offshore Technology Conference Asia. 2016. DOI: 10.4043/26623-MS

17. Imran M., Liew M.S., Nasif M.S., Munoz Garcia E., Danyaro K.U., Niazi M.U. Thermal and mechanical response of partially protected steel I-beams under fire // MATEC Web of Conference. 2018. Vol. 203. P. 06009. DOI: 10.1051/matecconf/201820306009

18. Ботян С.С., Жамойдик С.М., Кудряшов В.А., Олесиюк Н.М. Прогрев стержневых стальных конструкций с частичной и полной огнезащитой наружной поверхности при огневом воздействии // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2020. Т. 4. № 1. С. 20–31. DOI: 10.33408/2519-237X.2020.4-1.20

19. Пехотиков А.В. Огнестойкость изгибаемых стальных конструкций : дис. … канд. техн. наук. М., 2008. 198 с.

20. Голованов В.И. Прогнозирование огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой : дис. … д-ра техн. наук. М., 2008. 337 с.

21. Wang W., Zhang L. An approach for evaluating fire resistance of steel beams considering creep effect // Procedia Engineering. 2017. Vol. 210. Pp. 544–550. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.11.112

22. Ишимов А.С., Барышников М.П., Чукин М.В. К вопросу выбора математической функции уравнения состояния для описания реологических свойств стали 20 в процессе горячей пластической деформации // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. Вып. 1. С. 43–52. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23166465