Публикации
ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СОСТАВЫ И МАТЕРИАЛЫВысокоэффективные огнезащитные составы и материалы для металла, воздуховодов, ж/б конструкций от производителя. Огнезащита материалов, изделий, конструкций.
Главная
Новости
Продукция
Услуги
Публикации
Контакт
20/02/2008
Теперь в разделе "УСЛУГИ" Вы сможете ознакомиться с нашими новыми расценками на выполнение работ по огнезащите металла и воздуховодов "под ключ".
Если вы ищете подрядчика на выполнение работ в области огнезащиты и пожарной безопасности - обращайтесь в нашу компанию. Вы будете приятно удивлены качественным и грамотным подходом наших специалистов в решении любой, стоящей перед Вами задачи. ...>>>
20/02/2008
Мы рады сообщить Вам, что в раздел "продукция" добавлены новые материалы для металлоконструкций, отвечающие всем современным требованиям по огнезащите....>>>
03/03/2008
На рынок огнезащитных материалов выходит огнезащитная краска нового поколения по торговой маркой Damp Fire, выгодно отличающаяся от конкурентов Более подробную информацию Вы сможете узнать, у наших менеджеров по телефону (495) 788-77-49...>>>
Наши публикации
Методика расчетов толщин огнезащитных покрытий на основе минеральных вяжущих для строительных конструкций из металла (на примере покрытия СОТЕРМ-1М)[ Пожаровзрывобезопасность 4'2005]
Методика расчетов толщин огнезащитных покрытий на основе минеральных вяжущих для строительных конструкций из металла (на примере покрытия СОТЕРМ-1М)
МЕТОДИКА
расчета огнезащиты из материалов
на основе минеральных вяжущих
(на примере покрытия СОТЕРМ-1М)
Гаращенко А.Н., Страхов В.Л., Рудзинский В.П.
ЗАО «Теплоогнезащита», г. Сергиев Посад, Московская обл.
Казиев М.М.
Академия Государственной противопожарной службы МЧС РФ, г. Москва
Показаны практические возможности разработанной авторами методики расчета параметров огнезащиты строительных конструкций на примере покрытия СОТЕРМ-1М, выполненного на основе водосодержащего материала и отличающегося сложным поведением при нагреве. Методика основана на численном решении уравнения нестационарной теплопроводности с учетом процессов испарения, конденсации и переноса массы пара. Консервативные к изменению условий нагрева огнезащиты параметры принятой математической модели определяются путем согласования результатов расчета с экспериментальными данными. Применение на практике разработанной методики обеспечивает дифференцированный подход к назначению требуемых толщин огнезащиты с учетом конкретных особенностей конструктивного исполнения рассматриваемых элементов и условий их работы при пожаре. Использование методики позволило, в частности, построить номограммы и таблицы для оперативного определения требуемых толщин покрытия.
Согласно требованиям НПБ 236-97 применение средств огнезащиты строительных конструкций осуществляется в соответствии с проектом.
В состав проекта огнезащиты следует включать описание принятой методики расчета температурных полей в конструкциях с огнезащитой и определения ее параметров, данные по экспериментальной проверке методики для выбранных средств огнезащиты, а также исходные данные и результы расчетов.
При проектировании необходимо использовать надежные и апробированные расчетные методики, позволяющие, в частности, обоснованно переносить результаты огневых испытаний средств огнезащиты по НПБ 236-97, проводимые преимущественно на стальных колоннах из двутавра № 20, на конструкции иной формы и размеров. Вместе с тем, на практике в некоторых случаях назначение толщин огнезащиты производится непосредственно по результатам огневых испытаний без учета отличия формы и размеров рассматриваемой конструкции, условий ее силового нагружения и нагрева при пожаре от условий эксперимента. Очевидно, что в этих случаях возможны ошибки при проектировании огнезащиты и неоправданный перерасход материалов и трудозатрат.
Основные положения удовлетворяющей современным требованиям методики расчета огнезащиты строительных конструкций изложены в монографии [1] и многочисленных публикациях авторов, например в статьях [2 - 7]. Согласно принятому подходу алгоритм и программа расчета огнезащиты конкретного типа вначале проверяются и (при необходимости) уточняются по результатам ее огневых испытаний по методике НПБ 236 – 97, а затем по этой программе рассчитываются параметры огнезащиты для всего многообразия встречающихся на практике типов строительных конструкций, которые отличаются от испытанного образца формой и размерами. Такой подход не только исключает возможные ошибки при проектировании огнестойких конструкций, но и обеспечивает значительную экономию огнезащитных материалов.
Разработанная методика, в частности, позволяет:
- учесть с достаточной точностью отличие толщины металла фрагмента колонн из двутавра, на котором проводятся огневые испытания средств огнезащиты, от толщины металла реальной строительной конструкции;
- перенести результаты огневых испытаний по НПБ 236-97 на другие условия, отличающиеся от условий испытаний, например, продолжительностью огневого воздействия на конструкции с огнезащитой.
Методика прошла с положительным результатом рецензирование в ряде специализированных организаций. С ее помощью выпущены и прошли согласование в органах ГПС проекты огнезащиты на многочисленных объектах в Московском и других регионах РФ.
Необходимо также отметить, что во многих практически важных случаях возникает потребность в оперативной предварительной оценке требуемых толщин огнезащиты различных типов для всей номенклатуры конструкций рассматриваемого здания или сооружения. С этой целью используются построенные по результатам приближенных расчетов номограммы или таблицы. В этих случаях расчеты проводятся с использованием понятия «приведенная толщина металла» и допущения о равномерном распределении температуры в сечениях рассматриваемых конструкций.
В данный статье показаны практические возможности разработанной авторами методики расчета параметров огнезащиты стальных конструкций на примере покрытия СРОТЕРМ 1М, являющегося типичным представителем покрытий на минеральных вяжущих. В состав его материала входит цемент (вяжущее), а также каолин, вспученный вермикулит и базальтовое волокно (термостойкий наполнитель).
При решении рассматриваемой задачи применительно к данному покрытию использовался алгоритм расчета нестационарных температурных полей в конструкциях с огнезащитой из водосодержащих составов на минеральных вяжущих, представленный в работах [1 – 5], а также разработанный на основе этого алгоритма «Программный комплекс для расчетов нестационарных температурных полей в конструкциях с водосодержащей огнезащитой на неорганической основе («ОГНЕЗАЩИТА» Версия ВН.1)» [5]. Программный комплекс прошел тестирование и сертификацию в специализированном и аккредитованном в системе Госстандарта РФ органе: «Независимом испытательном центре программных средств «КУРС» при МГТУ им. Н.Э. Баумана. В процессе сертификации проверялось соответствие разработанного программного продукта требованиям нормативных документов: ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 и ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93, принятых как в нашей стране, так и за рубежом. Получен сертификат соответствия № РОСС.RU. СП05.С00039.
Перечень исходных данных, необходимых для проведения численных расчетов, а также порядок их определения описан в работах [1 – 5]. При определении массовой доли основных окислов, входящих в состав материала, учитывались предоставленные фирмой-производителем данные по составу покрытия СОТЕРМ-1М. Использовались также определенная по стандартным методикам зависимость от температуры относительной потери массы (степени разложения), а также данные по эффективной теплопроводности и плотности образцов исследуемого материала (табл. 1, 2). Степень разложения определялась по данным термогравиметрического анализа на установке TGD-5000Н, а коэффициент тепловодности измерялся на экспериментальной установке ИТ-5 в диапазоне температур 18-27°С.
Таблица 1.
Исходные данные для расчета теплофизических характеристик материала
Плотность сухого материала, кг/м3
Коэффициент теплопроводности, Вт/м×К
Массовая доля неразлагающейся части материала
Массовые доли основных окислов в исходном составе материала
SiO2
Al2O3
MgO
CaO
370
0,11
0,86
0,386
0,4
0,12
0,094
Таблица 2.
Эмпирическая зависимость степени завершенности процесса термического разложения материала от температуры
Т, 0С
30
50
60
100
120
190
240
300
440
c
0
0,012
0,03
0,151
0,226
0,317
0,369
0,391
0,425
Продолжение таблицы 2
Т, 0С
460
480
500
520
540
560
580
620
700
c
0,434
0,445
0,468
0,507
0,554
0,6
0,639
0,693
0,808
Продолжение таблицы 2
Т, 0С
730
760
770
800
820
840
860
880
900
c
0,848
0,908
0,927
0,95
0,961
0,964
0,98
0,989
1,0
Параметры математической модели (параметр лучистого теплопереноса в порах - Q, входящий в выражение для определения эффективной теплопроводности разлагающегося материала в рабочем диапазоне температур, и константа коэффициента диффузии пара в сообщающихся порах покрытия - kD) определялись как параметры согласования расчета по разработанной методике с результатами огневых испытаний фрагментов строительных конструкций с огнезащитой рассматриваемого типа.
Для определения указанных параметров, а также для экспериментальной проверки методики расчетов температурных полей в конструкциях с покрытием СОТЕРМ-1М, использовались представленные фирмой-про-изводителем результаты огневых испытаний шести образцов - колонн из двутавра с покрытием СОТЕРМ-1М различной толщины, полученные в Испытательном центре «Опытное» 26 ЦНИИ МО РФ. Рассматривались данные по испытаниям четырех колонн двутаврового сечении профиля № 20 по ГОСТ 8239-89 с приведенной толщиной металла 3,4 мм, а также одной колонны профиля 30Б2 и одной колонны профиля 40Б2 по СТО АСЧМ 20-93. Основные результаты и номера протоколов испытаний представлены в табл. 3.
Таблица 3.
Результаты огневых испытаний колонн из двутавра с покрытием СОТЕРМ-1М по НПБ 236-97
Номер опыта
Количество образцов
Приведенная толщина металла, мм
Толщина покрытия, мм
Время достижения температуры 500°С
Номер протокола испытаний
1
1
3,4
30
127
430/ИЦ-03 от 13.05.2003
1
1
3,4
30
128
430/ИЦ-03 от 13.05.2003
2
2
3,4
17,5
72
922/ИЦ-03 от 23.09.2003
3
1
5,17
27,4
117
728/ИЦ-04 от 2.08.2004
3
1
3,82
16,4
74
728/ИЦ-04 от 2.08.2004
Определение параметров Q и kD проводилось следующим образом. В диалоговом режиме работы пользователя с компьютерной программой многократно проводилось численное решение прямой задачи [7] для ряда значений искомых параметров, выбранных из заданного диапазона их возможного изменения. Результаты расчетов сопоставлялись с результатами измерения температуры стальной конструкции с огнезащитой известной толщины при огневых испытаниях, указанных в табл. 3. В итоге выбирались такие значения искомых параметров, при которых средние расчетные и экспериментальные значения времени достижения защищаемой конструкцией температуры 500°С согласовывались с достаточной точностью.
Удовлетворительное согласование результатов расчета времени достижения защищаемыми конструкциями температуры 500°С с экспериментальными данными получено при следующих значениях параметров математической модели:
- параметр лучистого теплопереноса Q = 5,7 × 10-11 Вт/(м×К4);
- константа коэффициента диффузии пара kD = 0,33×106.
На рисунках 1 - 4 дано сопоставление результатов расчетов с результатами огневых испытаний образцов колонн с огнезащитой при этих значениях параметров математической модели.
Можно видеть, что для условий испытаний конструкций с приведенной толщины металла 3,4 мм расчетные значения в области температур порядка 500°С на рис. 1 проходят несколько выше экспериментальных значений, а на рис. 2 - несколько ниже экспериментальных значений. Подобная картина характерна и для условий испытаний конструкций с приведенной толщины металла 3,82 мм и 5,17 мм (см. рис. 3, 4). В результате получено, что среднее время достижения защищаемыми конструкциями температуры 500°С в расчетах и экспериментах совпадает. Следует также признать удовлетворительным совпадение характера изменения всех расчетных и экспериментальных кривых при использовании приведенных выше характеристик материала.
Это свидетельствует о том, что разработанную методику расчетов и определенный выше комплекс характеристик огнезащитного покрытия СОТЕРМ-1М можно использовать при расчетах требуемых толщин этого покрытия для конструкций различных типоразмеров с различной схемой обогрева, а также для построения номограмм или таблиц для быстрых приближенных оценок в тех случаях, когда допускается использование понятий «приведенная толщина металла» и «критическая температура стали».
Для построения номограмм проведен большой объем расчетов при значениях приведенной толщины металла от 2 до 14 мм и различной продолжительности теплового воздействия по стандартному температурному режиму. В ходе расчетов определялись толщины огнезащитного покрытия, необходимые для повышения предела огнестойкости рассматриваемых конструкций до различного уровня: 30 мин, 45 мин, 60 мин, 90 мин, 120 мин, 150 мин, 180 мин. Требуемые толщины огнезащиты определялись из условия непревышения к концу огневого воздействия по стандартному режиму заданной продолжительности температурой защищаемых конструкций критического значения.
При построении номограмм определялись требуемые толщины огнезащитного покрытия для каждого конкретного сочетания толщины покрытия и приведенной толщины металла. Расчеты проводились для четырех значений критической температуры стальных конструкций. Кроме значения 500°С, использование которого допускается НПБ 236-97, получены данные для критических температур 450°С, 550°С и 600°С. Результаты расчетов требуемых толщин покрытия СОТЕРМ-1М представлены в таблице 4.
Для наглядности и удобства использования эти результаты могут быть представлены в виде номограмм. На рис. 5 представлены зависимости толщины покрытия от приведенной толщины металла, необходимые для обеспечения различных пределов огнестойкости при конкретном значении критической температуры стали (в данном случае для 500°С и 600°С). Как видно их графиков, полученные зависимости отличаются от линейных в особенности при пределах огнестойкости от 30 до 120 мин.
Результаты расчетов могут быть представлены также в виде изменения времени достижения конструкцией конкретной температуры в зависимости от толщины покрытия СОТЕРМ-1М при различных приведенных толщинах металла. Пример построения таких зависимостей при значении критической температуры стали 500°С представлен на рис. 6. Как видно из графиков, характер изменения искомой величины существенно отличается от линейного. Следовательно, линейная интерполяция подобных результатов, полученных при огневых испытаниях, практикуемая в некоторых случаях, приводит к существенным погрешностям при определении толщин подобных огнезащитных покрытий на минеральных вяжущих.
На рис. 6 приведены также экспериментальные значения времени достижения температуры 500°С, полученные при огневых испытаниях покрытия СОТЕРМ-1М (см. табл. 3). Они подтверждают высказанное выше предположение о нецелесообразности линейной аппроксимации результатов, полученных при испытаниях (см. прямую 4 на рис. 6, проведенную через точки, полученные для конструкций с приведенной толщиной металла 3,4 мм).
Полученные в результате расчетов таблицы и номограммы позволяют производить расчеты проектных толщин огнезащитного покрытия СОТЕРМ-1М в случаях, когда допускается использование понятий «приведенная толщина металла» и «критическая температура стали».
Следует также отметить, что ранее авторами были разработаны и использовались на практике аналогичные методики расчетов применительно к целому ряду средств огнезащиты других типов. С их помощью предпринимались попытки обобщения результатов расчетов в виде номограмм для вермикулитовых плит ПВТН [3], для вспучивающегося покрытия на минеральном вяжущем ОСП-1 [4], а также для вспучивающихся покрытий на органической основе Хенсотерм 4КС [6] и ПРОТЕРМ СТИЛ, ОСП-1 [7].
Таким образом, разработана и апробирована методика расчетов прогрева конструкций с огнезащитным покрытием СОТЕРМ-1М на основе минерального вяжущего. Ее использование позволило, в частности, построить номограммы и таблицы для оперативного определения требуемых толщин покрытия. Имеется заключение Академии Государственной противопожарной службы МЧС РФ о возможности практического использования данной методики и полученных с ее помощью результатов.
Литература
1. Страхов В.Л., Крутов А.М., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций / Под ред. Ю.А. Кошмарова. - М.: Информационно-изда-тельский центр «ТИМР», 2000 – 433 с.
2. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Крутов А.М., Давыдкин Н.Ф. Расчет требуемых толщин огнезащиты по результатам ее огневых испытаний // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков. Материалы XV научно-практической конференции, ч. 3; Сб. науч. тр. - Из-во ВНИИПО, 1999. - С. 75-83.
3. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н, Рудзинский В.П. Математическое моделирование процесса работы тепло- огнезащиты из водосодержащих материалов // Вопросы оборонной техники. - Сер. 15. - 1998. - Вып. 2(119). - С. 6-12.
4. Страхов В.Л, Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П., Олейник В.А. Математическое моделирование работы водосодержащих вспучивающихся огнезащитных покрытий // Пожаровзрывобезопасность. № 1. - 2003. - С. 39-46.
5. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Программный комплекс для расчетов нестационарных температурных полей в конструкциях с водосодержащей огнезащитой на неорганической основе (ОГНЕЗАЩИТА, версия ВН.1). – НИИЦ ПС «КУРС» МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 23 с.
6. Гаращенко А.Н., Страхов В.Л., Рудзинский В.П., Рыжков А.А. Апробирование методики расчетов вспучивающейся огнезащиты строительных конструкций на примере покрытия Хенсотерм 4КС // Пожаровзрывобезопасность. - № 5. - 1999. - С. 16 - 25.
7. Гаращенко А.Н., Страхов В.Л., Устрехов А.И. Результаты исследований и расчетов вспучивающегося огнезащитного покрытия «ПРОТЕРМ СТИЛ» // Пожары и окружающая среда. Материалы XVII научно-практической конференции. - М.: Из-во ВНИИПО, 2002. - С. 253-255.
Таблица 4.
Результаты расчетов требуемых толщин покрытия СОТЕРМ-1М
Предел огнестойкости, мин
Приведенная толщина металла, мм
Критическая температура стали
450°С
500°С
550°С
600°С
30
2
10,7
9,8
9,0
8,0
3
9,5
8,5
7,8
7,0
4
8,5
7,6
6,9
6,1
5
7,7
6,8
6,0
5,2
6
7,0
6,0
5,4
4,6
8
5,8
4,9
4,2
3,6
11
4,6
3,7
3,2
2,6
14
3,5
3,0
2,5
2,0
45
2
15,2
14,2
13,3
12,3
3
14,0
13
12,0
11,1
4
13,0
11,9
11,0
10,1
5
12,1
11
10,0
9,3
6
11,2
9,9
9,2
8,6
8
9,7
8,5
7,7
7,1
11
7,9
6,7
6,0
5,5
14
6,5
5,4
4,8
4,3
60
2
19,0
17,9
16,7
15,5
3
17,7
16,6
15,4
14,2
4
16,6
15,4
14,2
13,1
5
15,6
14,3
13,1
12,0
6
14,6
13,3
12,1
11,0
8
12,8
11,7
10,5
9,5
11
10,7
9,6
8,6
7,7
14
9,3
8,2
7,0
6,2
90
2
25,7
24,4
22,9
21,7
3
24,5
23,1
21,6
20,4
4
23,2
21,7
20,4
19,3
5
22,0
20,6
19,3
18,2
6
20,9
19,5
18,2
17,1
8
19,1
17,5
16,3
15,3
11
16,7
15,1
13,9
13,0
14
14,8
13,2
12,2
11,3
Продолжение таблицы 4.
120
2
31,7
30,2
28,4
26,8
3
30,2
28,8
27,0
25,3
4
28,8
27,3
25,7
24,0
5
27,6
26,0
24,4
22,7
6
26,4
24,8
23,2
21,5
8
24,6
22,9
21,3
19,8
11
21,9
20,2
18,7
17,6
14
19,7
18,0
16,7
15,7
150
2
37,0
35,7
33,6
32,2
3
35,5
34,1
32,2
30,8
4
34,3
32,6
30,8
29,4
5
32,8
31,3
29,6
28,1
6
31,5
30,1
28,2
26,8
8
29,5
27,9
26,0
24,5
11
26,7
25,0
23,2
21,7
14
24,2
22,7
21
19,4
180
2
42,0
40,3
38,1
36,2
3
40,4
38,7
36,6
34,7
4
39,2
37,3
35,2
33,5
5
37,8
35,9
33,8
32,1
6
36,7
34,8
32,5
30,9
8
34,5
32,6
30,3
28,6
11
31,8
29,6
27,4
25,7
14
29,2
27,1
25,1
23,0
Назад к списку публикаций
создание и продвижение сайта - Ti-Studio
frigidaire
-
6131
shell
.
wow
black decker
vps vds
raymond weil
portofino
2113
neri karra
knauf