Численный анализ огнезащиты стальных конструкций

Введение.

При проектировании зданий и сооружений необходимо проводить комплекс расчетов, подтверждающих выполнение условий предельных состояний. Расчеты осуществляются на основное и особое сочетания нагрузок и воздействий. К числу особых нагрузок можно отнести температурные воздействия от взрывов и пожаров. Такого рода воздействия значительно снижают несущую способность металлических конструкций. Для защиты металлических конструкций от температурных влияний следует использовать оптимально подобранные материалы огнезащиты (лаки, краски, различные виды облицовок). Численные методы расчета производить выполнять анализ работы строительных конструкций при температурных воздействиях и помогают подбирать необходимые характеристики и толщины материалов огнезащиты.

Материалы и методы.

Рассмотрено влияние огнезащиты в виде облицовки из гипсокартонных листов огнестойких (ГКЛО) на примере металлической шарнирно опертой балки. Для получения предела огнестойкости балки с облицовкой применялись аналитический и численный методы расчетов. Аналитический метод основан на проведенных лабораторных исследованиях огнестойкости, в результате которых получены номограммы. Численный метод реализован в ПК Лира 10.12.

Результаты.

При помощи аналитического и численного методов определены пределы огнестойкости для балки с облицовкой из ГКЛО. При решении задачи численным методом получены мозаики температурного поля в элементах по толщине конструкции, а также графики изменения температуры и температурных полей во времени. Полученные результаты исследований показали хорошую сходимость.

Выводы.

Использование численных методов дает возможность оперативно и оптимально подбирать требуемую толщину огнезащиты для стальной конструкции. Результаты расчетов сильно зависят от заданных характеристик рассматриваемых материалов, а также среды, в которой происходит теплопередача.

1. Черкасов Е.Ю., Воронцова А.А., Митько А.В. Огнестойкость стальных конструкций при воздействии стандартного и углеводородного режимов пожара // Neftegaz.RU. 2021. № 12 (120). С. 100-102.

2. Волгина Д.И. Огнезащита металлоконструкций производственных зданий за счет применения огнезащитных красок вспучивающегося типа // Аллея науки. 2018. Т. 5. № 5 (21). С. 1113-1116.

3. Воросин А.О., Парфененко А.П. Исследование влияния прогрева от второстепенных стальных конструкций без огнезащиты на предел огнестойкости стальных балок в огнезащите // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 3. С. 16-30. DOI: 10.22227/08697493.2021.30.03.16-30

4. Голованов В.И., Шкутова Т.В. Оценка огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой при углеводородном температурном режиме // Актуальные вопросы архитектуры и строительства : мат. XVII Междунар. науч.-техн. конф. 2018. С. 415-420.

5. Голованов В.И., Пронин Д.Г. Вопросы нормирования огнестойкости несущих конструкций зданий // Актуальные проблемы пожарной безопасности : мат. XXXIII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Году науки и технологий. 2021. С. 518-522.

6. Лебедь А.А. Методы огнезащиты металлических конструкций // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2020. № 4. С. 287-291.

7. Маковей В.А. Применение огнезащиты материалов, изделий и конструкций и современные тенденции в ее совершенствовании // Чрезвычайные ситуации: промышленная и экологическая безопасность. 2015. № 4 (24). С. 28-36.

8. Маковей В.А. О современных требованиях к применению и эксплуатации средств огнезащиты // Чрезвычайные ситуации: промышленная и экологическая безопасность. 2013. № 3-4 (15-16). С. 44-52.

9. Полевода И.И., Иваницкий А.Г., Жамойдик С.М., Проровский В.М. Программное средство для расчета динамики прогрева стальных конструкций с конструктивной огнезащитой // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2010. Т. 1. № 1 (1). С. 207-210.

10. Пехотиков А.В., Горшков В.С., Гомозов А.В., Фомина О.В. Новые требования к огнестойкости строительных конструкций и средств огнезащиты // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 5. С. 22-28. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-5-22-28

11. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н. Огнезащита строительных конструкций: современные средства и методы оптимального проектирования // Строительные материалы. 2002. № 6. С. 2-5.

12. Можарова Н.П. Составы для огнезащиты строительных конструкций различного назначения // Пожаровзрывобезопасность. 2005. Т. 14. № 5. С. 31-33.

13. Ерохов К.Л. Современная огнезащита для строительных конструкций и текстиля // Строительные материалы. 2002. № 6. С. 14-15.

14. Майоров А.В., Мандрико Д.Е. Специальный метод огнезащиты стальных несущих элементов // Современные научные исследования и разработки. 2018. № 10 (27). С. 534-536.

15. Белов Н.Н., Семенов А.Ю., Зыков А.П., Чуркин А.А., Борно О.И., Илюшин Д.Б. и др. Огнезащита стальных конструкций зданий и сооружений опасных производственных объектов - одна из составляющих обеспечения промышленной безопасности // Естественные и технические науки. 2015. № 6 (84). С. 622-625.

16. Рязанова Г.Н., Горелов С.А., Прокопьева А.Ю. Оценка эффективности современных способов огнезащиты стальных конструкций // Итоги научно-исследовательской деятельности 2016: изобретения, методики, инновации : сб. мат. XVII Междунар. науч.-практ. конф. 2016. С. 130-132.

17. Орловский С.Я., Ершова Л.В., Герасименко В.Н. Огнезащита металлических конструкций зданий и сооружений // Инновационная наука. 2015. № 12-2. С. 50-52.

18. Gravit M.V., Golub E.V., Grigoriev D.M., Ivanov I.O. Fireproof suspended ceilings with high fire resistance limits // Magazine of Civil Engineering. 2018. Issue 8 (84). Pp. 75-85. DOI: 10.18720/MCE.84.8

19. Imran M., Liew M.S., Nasif M.S. Experimental Studies on Fire for Offshore Structures and its Limitations: A Review // Chemical Engineering Transactions. 2015. Vol. 45. Pp. 1951-1956. DOI: 10.3303/CET1545326

20. Imran M., Liew M.S., Nasif M.S., Niazi U.M., Yasreen A. Hazard assessment studies on hydrocarbon fire and blast: An overview // Advanced Science Letters. 2017. Vol. 23. Pp. 1243-1247. DOI: 10.1166/asl.2017.8349

21. Kraus P., Mensinger M., Tabeling F., Schaumann P. Experimental and numerical investigations of steel profiles with intumescent coating adjacent to space-enclosing elements in fire // Journal of Structural Fire Engineering. 2015. Vol. 6. Issue 4. Pp. 237-246. DOI: 10.1260/2040-2317.6.4.237

22. Bronzova M.K., Garifullin M.R. Fire resistance of thin-walled cold-formed steel structures // Construction of Unique Buildings and Structures. 2016. Vol. 3 (42). Pp. 61-78.

23. Payá-Zaforteza I., Garlock M.E.M. A 3D numerical analysis of a typical steel highway overpass bridge under a hydrocarbon fire // Structures in Fire - Proceedings of the Sixth International Conference, SiF’10. 2010. Pp. 11-18.