ГОСТ Р 12.3.047-98 => Приложение к. Методы расчета температурного режима пожара в помещениях зданий различного назначения. К.1 условные...

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(рекомендуемое)

 

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

 

К.1 Условные обозначения

V - объем помещения, м³;

S - площадь пола помещения, м²;

А_i - площадь i-го проема помещения, м²;

h_i - высота i-го проема помещения, м;

- суммарная площадь проемов помещения, м²;

- приведенная высота проемов помещения, м;

П - проемность помещения, рассчитывается по формуле (К.1) или (К.2), м^0,5;

Р_i - общее количество пожарной нагрузки i-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q_кр.к - удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м²;

q_к - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср - средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

П_срi - средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/м² · мин);

- низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

- низшая теплота сгорания i-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

e_ф - степень черноты факела;

Т₀ - температура окружающего воздуха, К;

Т_w - температура поверхности конструкции, К;

t - текущее время развития пожара, мин;

t_н.с.п - минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

- предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

 

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении

Вычисляется объем помещения V

Рассчитывают проемность помещений П, м^0,5, объемом V £ 10 м³

, (K.1)

для помещений с V > 10 м³

. (К.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_0i, нм³/кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

. (К.3)

Определяют удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к, кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения

. (К.4)

Вычисляют удельное значение пожарной нагрузки q_к, кг/м², для исследуемого помещения

(К.5)

где S - площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивают значения q_k и q_кр.к. Если q_k < q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); если q_k ³ q_кр.к, то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

К.2.2 Расчет среднеобъемной температуры

Определяют максимальную среднеобъемную температуру Т_mах

для ПРН

; (К.6)

для ПРВ в интервале 0,15 £ t_п £ 1,22 ч с точностью до 8 % Т_max = 1000 °С и c точностью до 5%

(К.7)

где t_п - характерная продолжительность объемного пожара, ч, рассчитываемая по формуле

, (K8)

где n_cр - средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

n_i - средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин).

Вычисляют время достижения максимального значения среднеобъемной температуры t_max, мин

для ПРН

; (К.9)

для ПРВ

t_max = t_п,

где t_п - рассчитывают по формуле (К.8).

Определяют изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре

(К.10)

где Т₀ - начальная среднеобъемная температура, °С;

t - текущее время, мин.

К.2.3 Расчет средней температуры поверхности перекрытия

Определяют значение максимальной усредненной температуры поверхности перекрытия , °С

для ПРН

; (К.11)

для ПРВ с точностью до 8,5 % = 980 °С, с точностью до 5 %

. (К.12)

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности перекрытия t_mах, мин

для ПРН

; (К.13)

для ПРВ с точностью до 10 %

t_max = t_п,

Определяют изменение средней температуры поверхности перекрытия

, (К.14)

где - начальная средняя температура поверхности перекрытия.

К.2.4 Расчет средней температуры поверхности стен

Определяют максимальную усредненную температуру поверхности стен

для ПРН

; (К.15)

для ПРВ при 0,15 £ t_п < 0,8 ч с точностью до 10 %

. (К.16)

При 0,8 < t_п £ 1,22 ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 850 °С.

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности стен t_mах, мин

для ПРН

(К.17)

для ПРВ

t_max = 1,1 t_п,

Определяют изменение средней температуры стен

, (К.18)

где - начальная средняя температура поверхности стен.

К.2.5 Расчет плотности эффективного теплового потока в конструкции стен и перекрытия (покрытия)

Определяют максимальную усредненную плотность эффективного теплового потока в строительные конструкции , кВт/м²:

а) при ПРН:

для конструкции стен

; (К.19)

для конструкций перекрытия

; (К.20)

б) при ПРВ:

для конструкций стен при 0,8 > t_п > 0,15 ч

; (К.21)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

= 15 кВт/м²;

для конструкций перекрытий (покрытий) при 0,8 > t_п > 0,15 ч

; (К.22)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

= 17,3 кВт/м²;

Вычисляют время достижения максимальной усредненной плотности теплового потока в конструкции для ПРН и ПРВ:

для конструкций стен

. (К.23)

для конструкций перекрытия (покрытия)

. (К.24)

Определяют изменение средней плотности теплового потока в соответствующие конструкции

. (К.25)

К.2.6 Расчет максимальных значений плотностей тепловых потоков, уходящих из очага пожара через проемы помещения, расположенные на одном уровне, при ПРВ

Максимальную плотность теплового потока с продуктами горения, уходящими через проемы, рассчитывают по формуле

. (К.26)

 

К.3 Расчет температурного режима в помещении с учетом начальной стадии пожара при горении твердых горючих и трудногорючих материалов

К.3.1 По данным пожарно-технического обследования или проектной документации определяют:

- объем помещения V;

- площадь проемов помещения А_i;

- высоту проемов h_i;

- общее количество пожарной нагрузки каждого вида горючего твердого материала Р_i;

- приведенную высоту проемов h;

- высоту помещения h;

- общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, Р.

К.3.2 По результатам экспериментальных исследований в соответствии с объемом помещения V и пожарной нагрузкой q определяют минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температура Т_В.

К.3.3 Рассчитывают температурный режим развитой стадии пожара.

К.3.4 По результатам расчета температурного режима строят зависимость среднеобъемной температуры в помещении в координатах температура - время так, чтобы значению температуры Т_В на восходящей ветви соответствовало значение t_НСП.

К.3.5 Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара

(Т - Т₀) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП)², (К.27)

где Т_НСП ^- среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСП при горении пожарной нагрузки из твердых органических материалов принимается равным 250 °С.

Пример - Определение температурного режима пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии.

Данные для расчета

Площадь пола S = 2340 м², объем помещения V = 14040 м³, площадь проемов А = 167 м², высота проемов h = 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68 · 10⁴ кг, что соответствует пожарной нагрузке q = 20 кг/м².

Расчет

По результатам экспериментальных исследований продолжительность начальной стадии пожара:

t_НСП = 40 мин.

Температура общей вспышки в помещении:

Т_В = 250 °С.

Изменение температуры в начальной стадии пожара:

(Т - Т₀) = (Т_НСП - Т₀) / (t / t_НСП)² = [523 - 293 (t / 40)²];

Т - 293 = 0,14 t².

Проемность помещения:

м^0,5.

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

м³/кг.

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

;

q_кп.к = 5,16 кг/м².

Удельное количество пожарной нагрузки:

кг/м².

Из сравнения q_к и q_кп.к получается, что

q_k = 14 > q_кп.к = 5,16

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

К.

Характерная продолжительность пожара:

ч.

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

t_mах = t_п = 24 мин.

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

;

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении объемом V = 14040 м³, проемностью П = 0,12 м^0,5, с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 20 кг/м², представлен на рисунке К.1:

 

 

Рисунок К.1 - Изменение среднеобъемной температуры по времени с учетом начальной стадии пожара

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОГО ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

Л.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости

Метод расчета требуемых пределов огнестойкости железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций промышленных зданий (сооружений) учитывает характеристики технологических процессов и устанавливает соответствующие требования к огнестойкости конструкций, исходя из нормируемого риска достижения предельного состояния конструкций по признаку потери несущей и теплоизолирующей способностей в условиях реальных пожаров.

Требуемые пределы огнестойкости устанавливаются на основе определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффициента огнестойкости. Коэффициент огнестойкости рассчитывают в зависимости от заданной предельной вероятности отказов конструкций в условиях реальных пожаров.

 

- H = 4,8 м; q = 68 - 70 кг/м2; - - - Н = 6,6 м; 1 - q =2,4 - 14 кг/м2; 2 - q = 67 - 119 кг/м2; 3 - q = 60 - 66 кг/м2; 4 - q = 60 кг/м2; 5 - q = 82 - 155 кг/м2; 6 - q = 140 - 160 кг/м2; 7 - q = 200 кг/м2; 8 - q = 210 - 250 кг/м2; 9 - q = 500 - 550 кг/м2 Рисунок Л.1 - Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V, высоты Н помещения и количества пожарной нагрузки q

1 - H = 3 м; 2 - H = 6 м; 3 - H = 12 м Рисунок Л.2 - Зависимость минимальной продолжительности начальной стадии пожара tНСП от объема V и высоты H помещения

 

Л.1.1 Расчет требуемых пределов огнестойкости в помещении проводят для случаев локального или объемного пожаров. Для определения вида пожара сначала по рисункам Л.1 и Л.2 находят минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. При распространении огня по пожарной нагрузке, отличающейся по свойствам от древесины, продолжительность НСП вычисляется по формуле

, (Л.1)

где n_др, n_i - средние скорости выгорания древесины и i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин);

= 13,8 МДж/кг, - низшие теплоты сгорания древесины и i-го компонента соответственно, МДж/кг;

U_ср, ^- средние линейные скорости распространения по древесине и i-му компоненту соответственно, м/мин.

После определения продолжительности НСП проверяют неравенство:

S_т £ p ()², (Л.2)

где S_т - площадь под пожарной нагрузкой, м².

Если условие (Л.2) выполняется, то пожарная нагрузка расположена сосредоточенно, в помещении будет локальный пожар.

В противном случае пожарная нагрузка расположена рассредоточенно, в помещении будет объемный пожар.

На основе данных проектной документации, пожарно-технических обследований, а также справочных материалов определяется эквивалентная продолжительность пожара t_э для выбранной конструкции в рассматриваемом помещении. Эквивалентную продолжительность пожара определяют по известным значениям проемности помещения П, м^0,5 и характерной длительности пожара t_п, ч.

Фактор проемности помещения при объемном пожаре П рассчитывают по формуле

(Л.3)

где S - площадь пола, м²;

V - объем помещения, м³;

А_i - площадь, м²;

h_i - высота i-го проема в помещении, м;

N - количество проемов.

В случае локального пожара фактор проемности рассчитывают по формуле

, (Л.4)

где Н - расстояние от зеркала горения до конструкции (высота помещения), м;

F - площадь пожарной нагрузки (разлива), м².

Характерную длительность объемного пожара t_п, ч, для твердых горючих и трудногорючих материалов рассчитывают по формуле

, (Л.5)

где G_j - общее количество пожарной нагрузки j-го материала в кг (j = 1, ..., М);

М - число различных видов нагрузки;

n_др - средняя скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);

п_j - средняя скорость выгорания j-го материала, кг/(м²·мин);

, - весовая доля j-й пожарной нагрузки.

n_др, n_j определяют экспериментально или по справочным данным.

При горении ЛВЖ и ГЖ продолжительность локального пожара t_л, мин, рассчитывают по формуле

, (Л.6)

где G - количество ЛВЖ и ГЖ, которое может разлиться при аварийной ситуации, кг;

М_ср - средняя скорость выгорания ЛВЖ и ГЖ, кг/(м²·мин);

F - площадь разлива, м².

Для рассматриваемого типа конструкций по номограммам (рисунки Л.3-Л.9) определяют эквивалентную продолжительность пожара t_э(t_п, П) [t_п - определено по формулам (Л.5) или (Л.6) в зависимости от вида пожара, а П вычислено по формулам (Л.3) или (Л.4)].

Л.1.2 Коэффициент огнестойкости выбранной конструкции К₀ определяют по значению предельной вероятности отказов с учетом допустимой вероятности отказов конструкций . Значения в зависимости от того, какой группе конструкций i принадлежит выбранная конструкция, приведены в таблице Л.1.

 

1 - H/ = 1,2; 2 - H/ = 1,5; 3 - H/ = 1,8; 4 - H/ = 2,2; 5 - H/ = 2,4 Рисунок Л.3 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия в условиях локальных пожаров tл (или продолжительности НСП tНСП) при горении твердых и трудногорючих материалов	1 - H/ = 1,2; 2 - H/ = 1,5; 3 - H/ = 1,8; 4 - H/ = 2,2; 5 - H/ = 2,4; 6 - H/ = 3,6 Рисунок Л.4 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для железобетонных и огнезащищенных металлических конструкций перекрытия при горении ЛВЖ и ГЖ
1 - H/ = 1,2; 2 - H/ = 2,0; 3 - H/ = 2,4; 4 - H/ = 2,85; 5 - H/ = 3,2; 6 - H/ = 4,0; 7 - H/ =4,4; 8 - H/ = 5,2; 9 - H/ =5,6; 10 - H/ = 6,0 Рисунок Л.5 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для горизонтальных незащищенных металлических конструкций	1 - H/ = 0,5; 2 - H/ = 0,6; 3 - H/ = 0,7; 4 - H/ = 0,8; 5 - H/ = 1,0; 6 - H/ = 1,5; 7 - H/ = 2,0; Рисунок Л.6 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от продолжительности пожара tл для вертикальных незащищенных металлических конструкций
1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.7 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности пожара tп для огнезащищенных металлических и железобетонных конструкций перекрытия	1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.8 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерной продолжительности объемного пожара tп для железобетонных несущих стен
	1 - П = 0,25 м0,5; 2 - П = 0,20 м0,5; 3 - П = 0,18 м0,5; 4 - П = 0,15 м0,5; 5 - П = 0,12 м0,5; 6 - П = 0,08 м0,5; 7 - П = 0,04 м0,5; Рисунок Л.9 - Зависимость эквивалентной продолжительности пожара tэ от характерного времени объемного пожара tп для центрально сжатых железобетонных колонн

 

Таблица Л.1- Допустимые вероятности отказов конструкций от пожаров

 

Группа конструкций	Вероятность отказов
Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, ригели, перекрытия, фермы, балки	10-6
Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	10-5
Прочие строительные конструкции	10-4

 

Предельные вероятности отказов конструкций в условиях пожаров рассчитывают по формуле

, (Л.7)

где Р_о - вероятность возникновения пожара, отнесенная к 1 м² площади помещения;

Р_А - вероятность выполнения задачи (тушения пожара) автоматической установкой пожаротушения;

Р_п.о - вероятность предотвращения развитого пожара силами пожарной охраны.

Р_о рассчитывают по методу, приведенному в ГОСТ 12.1.004, или берут из таблицы Л.2.

 

Таблица Л.2 - Вероятности возникновения пожара Р_о для промышленных помещений

 

Промышленный цех	Вероятность возникновения пожара Ро, м/год · 10-5
По обработке синтетического каучука и искусственных волокон	2,65
Литейные и плавильные	1,89
Механические	0,60
Инструментальные	0,60
По переработке мясных и рыбных продуктов	1,53
Горячей прокатки металлов	1,89
Текстильного производства	1,53
Электростанций	2,24

 

Оценки Р_А берут из таблицы Л.3.

 

Таблица Л.3 - Вероятности выполнения задачи АУЛ Р_А

 

Тип АУП	Вероятность выполнения задачи
Установки водяного пожаротушения:
спринклерные;	0,571
дренчерные	0,588
Установки пенного пожаротушения	0,648
Установки газового пожаротушения с:
механическим пуском;	0,518
пневматическим пуском;	0,639
электрическим пуском	0,534

 

Р_п.о устанавливают по статистическим данным или расчетом с учетом установки автоматических средств обнаружения пожара, сил и средств пожарной охраны. В случае отсутствия данных по пожарной охране и системе пожарной сигнализации следует положить Р_п.о= 0.

По вычисленным значениям определяют значение характеристики безопасности b, при необходимости интерполируя данные таблицы Л.4.

 

Таблица Л.4- Значения характеристики безопасности b

 

Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности b	Вероятность отказов конструкций при пожаре	Характеристика безопасности b
	3,7 4,1 4,4 4,5		2,3 2,8 3,2 3,5
	3,1 3,5 3,8 4,0		1,3 2,0 2,5 2,6

 

Л.1.3 Расчет коэффициента огнестойкости K_o проводят по формуле

K_o = 0,527 ехр (0,36 · b). (Л.8)

В качестве примера в таблице Л.5 приведены значения К_o для условий Р_o = 5 · 10^-6 м²/год и Р_А= 0,95, Р_п.о = 0.

 

Таблица Л.5 - Коэффициент огнестойкости К_o

 

Площадь отсеков S, м2	Вертикальные несущие конструкции, противопожарные преграды, балки, перекрытия, фермы	Другие горизонтальные несущие конструкции, перегородки	Прочие строительные конструкции
1000 2500 5000 7500 10000 20000	1,36 1,52 1,69 1,79 1,84 2,03	0,99 1,14 1,26 1,31 1,42 1,47	0,58 0,75 0,87 0,94 0,99 1,10

 

Л.1.4 Требуемый предел огнестойкости t₀ рассчитывают по вычисленным значениям t_э, и К_o

t_o = К_o t_э. (Л.9)