Под огнестойкостью элементов строительных конструкций понимается их способность сохранять в условиях пожара заданные эксплуатационные качества (например, нести расчетную нагрузку или выполнять функции ограждения).
Количественно огнестойкость оценивается пределом огнестойкости, т.е. временем, в течение которого конструкция не утрачивает своих эксплуатационных качеств в условиях пожара.
Прежде всего надо знать, что воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 230°С. Стойкое и длительное горение ее начинается при температуре 260°С и сопровождается повышением температуры. При отсутствии открытого пламени воспламенение может произойти при быстром (в течение 1-2 мин) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии тепла температура воспламенения древесины снижается до 170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительные прибора, дымоходы, трубы и т.д.,). Нормы ССНиП П-25-80, например, требуют обеспечения условий, при которых температура окружающего (деревянные конструкции) воздуха не превышала бы 50°С для конструкций из цельной и 35°С для конструкций из клееной древесины.
Гладкая, без трещин поверхность массивного деревянного элемента не способствует распространению огня по площади элемента, а низкий коэффициент теплопроводности древесины препятствует проникновению высоких температур внутрь его сечения. Образующаяся на поверхности горящего элемента "угольная шуба", имеющая коэффициент теплопроводности в 4 раза меньше, чем сама древесина дополнительно ухудшает условия горения деревянных элементов массивного сечения (например, клееных при площади сечения более 350 см2).
Перечисленные обстоятельства объясняют относительно высокий предел огнестойкости деревянных элементов крупного сечения, а известная на сегодня скорость обугливания деревянного элемента в глубину сечения и равная 0,6 — 0,8 мм/мин позволяет проектировать конструкции с заранее заданным пределом огнестойкости.
Опыты, проведенные за рубежом, а позже на кафедре пожарной профилактики Высшей школы МВД СССР, показали, что балка сплошного прямоугольного сечения при непосредственном воздействии огня и температуры около 900-950°С в 1 часа обугливается на глубину 35…40 мм.
Температура внутри балки сечением 28х116 см через 45 минут испытаний в огневой камере по стандартному режиму, измеренная посредством термопар, оказалась равной 40°С . При этом температура в камере составляла 900°С , под слоем угля 273°С , а на глубине 60 мм – 78°С .
Институтом по исследованию строительных материалов в Штутгартском университете в результате испытания клееных деревянных балок сечением 16х40 см в условиях пожара получены следующие данные:
— балки после испытания в режиме, соответствующем режиму для вынесения оценки "полуогнестойкий" (повышение температуры до 880°С происходило в течение 30 мин.) обладали 2,4 — кратным запасом прочности при 3х-кратном исходном;
— опытная балка, подвергнутая воздействию огня при температуре 1000°С в течение 30 мин. оказалась способной воспринимать после испытаний около 60% своей расчетной нагрузки.
Учитывая опыт применения деревянных конструкций в нашей стране и за рубежом, отечественные противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений (СНиП II-2-80) разрешают применение деревянных конструкций в несущих и ограждающих элементах зданий с третьей степенью огнестойкости. При этом, пределы огнестойкости принимаются для балок, ферм, арок и рам 0,75 часа, а для колонн — 2часа.
Интересен факт использования древесины в качестве теплоизоляционной обшивки стальных конструкций с целью повышения предела их огнестойкости. Например, эксперимент, проведенный в Голландии показал, что загруженная стальная балка, подверженная действию огня в условиях пожара потеряла несущую способность через 15 мин., такая же балка, облицованная слоем еловой древесины толщиной 22 мм — через 58 мин., а слоем толщиной 45 мм — через 82 минуты.
Таким образом, несмотря на то, что древесина является возгораемым материалом, массивные конструкции из нее (площадью сечения не менее 350-400 см2) даже без специальной обработки обладают достаточно высокой огнестойкостью, превышающей, например, огнестойкость незащищенных металлических конструкций.
Профессор ННГАСУ Миронов В.Г., директор по науке и развитию фирм «Декодом» и «БилТэк Групп»
.
