КОНСТРУКЦИЯ ОГНЕЗАЩИЩЕННОГО ПЕРЕКРЫТИЯ ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, далее по тексту - зданий. В частности, она может быть использована в качестве конструктивной защиты реконструируемых перекрытий от разрушительных пожаров, а так же в качестве огнепреградительных поясов пустотных деревянных конструкций.
Полезная модель предназначена для заделки внутренних воздушных прослоек перекрытий, предотвращающих скрытое распространение огня и продуктов горения при пожаре в процессе реконструкции и эксплуатации здания.
Необходимость устройства заделки внутренних воздушных прослоек перекрытий здания возникает при реконструкции здания, при приведении фактических пределов огнестойкости и классов пожароопасности существующего здания в соответствии с требованиями современных строительных норм, а так же для снижения весьма высокой пожарной опасности здания, имеющего деревянные перекрытия со стальными балками.
Основные меры по снижению интенсивности и разрушительности пожара в здании с деревянными перекрытиями - исключение пустот и создание огневых преград в них, увеличение пожаробезопасности и огнестойкости элементов, составляющих конструкции перекрытий.
Известна конструкция огнезащищенного перекрытия здания с огнезащитной заделкой пустот в виде гребенчатой диафрагмы, состоящий из ряда пластин, прикрепленных плотно к ограждающим элементам воздушной прослойки конструкции, разделяющей ее пустоты на глухие отсеки, частично или полностью заполненные негорючим, сыпучим материалом; / Пат. 2194130 Российская Федерация, МПК-7 Е 04 В 1/94. Устройство для огнезащитной заделки вытяжных каналов в конструкциях здания / Ильин Н.А., Краснов В.Н., Пирогов М.Б., Тюрников В.В.; заявитель и
патентообладатель Самарская гос. архитектурно-строит. академия, - №99123737/03; заявл. 10.11.1999; опубл. 10.12.2002, Бюл. №34, - 52 с. Илл (см. п.23, фиг.42)/ [1].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции огнезащищенного перекрытия здания относится то, что в известной конструкции перекрытия применена громоздкая шлаковая отсыпка, а дополнительно установленная гребенчатая диафрагма, выполненная из древесины, увеличивающая горючую нагрузку на перекрытие здания. К тому же деревянная диафрагма ненадежна в части потери термической прочности, целостности (плотности) и теплоизолирующей способности в условиях пожара. Следовательно, известная конструкция перекрытия существенно не снижает класс пожароопасности деревянных конструкций здания.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели по совокупности признаков является конструкция огнезащищенного перекрытия здания, включающая огнезащитную песчаную засыпку по слою картона, уложенного на поверхность деревянного наката внутри полости перекрытия по стальным балкам, штукатурку по драни, нанесенную на нижнюю поверхность деревянного перекрытия, / Архитектурные конструкции / Под ред. проф. А.В.Кузнецова; Гос. арх. из-во. Академия архитектуры СССР. Кабинет строительной техники. - М., 1940, - С.361-363, рис.132, фиг.5/ [2], - принято за прототип.
2
2
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции, принятой за прототип, относится то, что в известной конструкции огнезащищенного перекрытия здания применена тяжелая песчаная отсыпка (более 80 кг/м) на кровельный картон - горючий материал, масса 0,25 кг/м, теплота сгорания 16,5 МДж/кг; при этом половина высоты сечения стенок стальных балок, расположенных в подполье деревянного перекрытия, не защищена от огневого воздействия при пожаре.
В известной конструкции перекрытия в горючую нагрузку включены:
3
1) легковоспламенющиеся креотизированные доски торцов перекрытия, здесь креозот - горючая жидкость из дегтя, плотность 1070 кг/м, температура воспламенения 74°С, теплота сгорания 38,0 МДж/кг;
2) антисептированный строительный войлок - горючий материал плотностью 240 кг/м, температура воспламенения 287°С, способен к тепловому самовозгоранию, теплота сгорания 18,88 МДж/кг, - пропитанный антисептиком в виде горючей жидкости - смолы, имеющей теплоту сгорания 40,74 МДж/кг.
Применение песчаной отсыпки в перекрытии увеличивает постоянную нагрузку на несущие элементы перекрытий здания. Конструкция песчаной отсыпки не рациональна по форме, не экономична по содержанию и не надежна по сути огневого преграждения. Наличие горючих вертикальных креозотированных досок и антисептированного войлока увеличивает пожарную нагрузку в перекрытии и снижает конструктивную пожарную безопасность здания в целом.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель состоит в повышении огнестойкости и эксплуатационной надежности, снижении пожароопасности деревянного перекрытия со стальными балками и повышении класса конструктивной пожарной безопасности здания, а так же экономичности реконструкции конструкции его перекрытия.
Технический результат - снижение массы и класса пожароопасности пустотного деревянного перекрытия с несущими стальными балками, использование легких негорючих теплоизоляционных материалов для конструктивной огнезащиты стальных балок и деревянного наката при реконструкции перекрытия, снижение расхода материалов на реконструкцию перекрытия за счет их рационального конструктирования, уменьшение разрушительности пожара в здании за счет снижения динамики его развития, повышение сопротивляемости несущих элементов
реконструируемого перекрытия термическому воздействию при пожаре; снижение риска катастрофического обрушения несущих элементов реконструируемого перекрытия термическому воздействию при пожаре, снижение возможных убытков от пожара в здании.
Указанный технический результат при использовании полезной модели достигается тем, что в известной конструкции огнезащищенного перекрытия, включающей песчаную засыпку по слою кровельного картона, уложенного на поверхность деревянного наката внутри полости перекрытия по стальным балкам, а также штукатурку по драни, нанесенную на нижнюю поверхность деревянного перекрытия, особенностью является то, что взамен песчаной засыпки на поверхность деревянного наката прикреплена огнезащитная облицовка на которую уложены теплоизоляционные маты из негорючего волокна, стенки и полки стальных балок внутри воздушной полости перекрытия защищены от воздействия высокой температуры возможного пожара огнепреградительными поясами, которые прикреплены к боковым граням стенок и внутренним сторонам полок стальных балок по всей высоте поперечного сечения, рассекая воздушную полость в местах сочленения стальных балок с другими элементами перекрытия здания.
1, min
Следующая особенность заключается в том, что минимальная толщина поперечного сечения огнепреградительного пояса для стальных балок b, мм, исходя из предельного состояния стальных балок перекрытия по признаку потери огнепреградительным поясом теплоизолирующей способности (J), - при величине предельной температуры нагрева стали, равной 500°С, - определена по формуле (1):
1, min
где b - минимальная толщина поперечного сечения огнепреградительного пояса для стальной балки, мм.
u, mp
τ - требуемый предел огнестойкости перекрытия здания (45÷60 мин);
bm
2
D - показатель тепловой диффузии теплоизоляционного материала, мм/мин;
ρ
k - показатель теплоизоляционного материала, определенный по формуле (2):
3
3
ρ - плотность материала огнепреградительного пояса в сухом состоянии, г/см (т/м).
2, min
Следующая особенность заключается в том, что минимальная толщина поперечного сечения огнепреградительного пояса для деревянных конструкций b, мм, исходя из предельного состояния деревянных конструкций по признаку потери огнезащитным покрытием теплоизолирующей способности (J), - при величине температуры воспламенения древесины, равной 240°С, - определена по формуле (3):
2, min
где b - минимальная толщина поперечного сечения огнезащитного покрытия для деревянной конструкции, мм;
bm
2
D - показатель тепловой диффузии теплоизоляционного материала, мм/мин;
u, mp
τ - требуемый предел огнестойкости перекрытия здания (45÷60 мин);
ρ
k - показатель теплоизоляционного материала, определенного по формуле (2).
Следующая особенность заключается в том, что для дополнительной огнезащиты нижних полок стальных балок и низа деревянного наката перекрытия поверху штукатурки уложена огнезащитная облицовка.
обл
Следующая особенность заключается в том, что толщина слоя облицовки b, мм, дополнительной огнезащиты нижних полок стальных балок перекрытия, оштукатуренного снизу, определена по формуле (4):
обл
шт
где b; δ - соответственно толщина дополнительного слоя огнезащитной облицовки и толщина штукатурки перекрытия, мм;
обл
шт
2
D; D - соответственно показатель тепловой диффузии материала облицовки и штукатурки перекрытия, мм/мин.
Следующее отличие предложенного технического решения заключается в том, что огнезащита стальных балок и деревянного наката перекрытия здания выполнена из крупноразмерной листовой, плитной и рулонной облицовки.
Следующая особенность заключается в том, что в качестве крупноразмерной листовой облицовки применены листы гипсокартонные и гипсоволокнистые.
Следующая особенность заключается в том, что в качестве крупноразмерной плитной облицовки применены плиты перлитовые и вермикулитовые.
Следующая особенность заключается в том, что в качестве крупноразмерной плитной облицовки применены маты из минеральной ваты и минерального волокна.
Следующая особенность заключается в том, что в качестве рулонной облицовки применены асбоволокнит и тонкое фосфатное покрытие с армирующей основой из стекловаты.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом работы заключена в следующем.
Использование предлагаемой конструкции огнезащищенного перекрытия здания обеспечивает уменьшение пожарной нагрузки и снижение пожароопасности пустотных деревянных перекрытий, во-первых, за счет исключения мощной естественной тяги в воздушных прослойках перекрытия; во вторых, за счет исключения распространения огня внутри перекрытия; в-третьих, за счет увеличения длительности сопротивления стальных деревянных элементов перекрытия здания огневому воздействию пожара.
Положительный эффект технического решения заключается в:
- простоте изготовления и установки по месту элементов огнезащитного покрытия стальных балок и деревянного наката перекрытия;
- в создании требуемых качеств перекрытия в части обеспечения его заданного предела огнестойкости и класса конструктивной пожарной безопасности;
- в снижении постоянной нагрузки и уменьшении горючей загрузки в конструкции перекрытия за счет замены песчаной засыпки на маты из минваты и части деревянных элементов - на негорючие элементы с малой плотностью;
- в снижении скорости возгорания древесины, интенсивности тепловыделения и плотности дыма в помещениях здания;
- в предупреждении скрытого развития пожара в пустотах деревянного перекрытия.
Использование полезной модели позволяет:
- значительно увеличить сопротивление нагруженной конструкции огнезащищенного перекрытия огневому воздействию пожара;
- снизить риск катастрофического обрушения стальных балок перекрытия в начальной стадии пожара;
- повысить пожарную безопасность здания, понижая класс конструктивной пожароопасности реконструируемого перекрытия;
- снизить в 10 и более раз убытки от огня в здании, в котором несущее перекрытие не обрушается от пожара заданной продолжительности.
На фиг.1 приведена конструкция огнезащищенного перекрытия здания:
1 - стальная балка;
2 - огнепреградительный пояс для стальной балки;
3 - деревянный накат перекрытия;
4 - огнезащитная облицовка листовая деревянного наката перекрытия;
5 - облицовка крупноразмерная плитная;
6 - лага пола деревянная;
7 - настил пола деревянный;
8 - фанера 2 слоя с перехлестом;
9 - паркет из дуба;
10 - огнезащитная облицовка полки стальной балки перекрытия;
11 - набивка из негорючего волокна;
12 - стена здания кирпичная;
13 - доска потолка существующая;
14 - штукатурка по драни потолка существующая;
15 - огнезащитная облицовка потолка листовая.
Сведения, подтверждающие возможность применения полезной модели с получением указанного выше технического результата.
Техническим осмотром установлено, что подлежащее реконструкции многоэтажное общественное здание с массивными каменными стенами, содержит перекрытие со стальной несущей конструкцией - перекрытие со стальными балками и сгораемым (легковоспламеняемым) заполнением.
Такое сочетание незащищенного металла с деревом в перекрытии чрезвычайно пожароопасно. Определенную пожарную опасность представляют большие воздушные полости в толще перекрытия, по которым пламя может распространятся сравнительно незаметно. Такие полости служат тяговыми каналами для распространения огня и дыма.
В качестве звукоизоляции на деревянный накат перекрытия уложен кровельный картон и засыпка-песок - 50 мм. Пол - паркет из дуба по деревянному настилу и лагам.
Стальные балки перекрытия - прокатный двутавр из стали марки Ст.3.
Заполнение перекрытия со стальными балками выполнено из дерева. Его недостатки - возгораемость и малая огнестойкость. Эти недостатки опасны тем, что стальные балки при температуре (450±50)°С сильно деформируются, теряют свою устойчивость, вследствие этого пожар в здании сопровождается обрушением перекрытия и значительными убытками.
Перекрытие со стальными балками существующего перекрытия 1 и деревянным накатом перекрытия 3 снизу защищено от возгорания цементно-песчаной штукатуркой (20 мм) - 11.
В процессе реконструкции перекрытия, - взамен песчаной звукоизоляционной засыпки по кровельному картону, - сверху деревянного наката прикреплена огнезащитная облицовка 4, на которую уложены облицовка крупноразмерная плитная 5 (теплоизоляционные маты) из негорючего волокна; стенки и полки стальных балок существующего покрытия 1 внутри воздушной полости перекрытия защищены от воздействия высокой температуры возможного пожара огнепреградительными поясами для стальных балок 2, которые прикреплены к боковым граням стенок и внутренним сторонам полок стальных балок по всей высоте поперечного сечения, рассекая воздушную полость в местах сочленения стальных балок 1 с другими элементами перекрытия здания.
1, min
Минимальная толщина b, мм, поперечного сечения огнепреградительного пояса для стальных балок 2 для стальных балок 1 определена по формуле (1).
u, mp
bm
2
Пример 1. При τ=60 мин; D=81 мм/мин;
ρ
3
3
=0,125 г/см (т/м), - маты из минваты прошивные;
ρ
2
2
k=0,45+0,05·ρ+0,01·ρ=0,45+0,05·0,125+0,01·0,125=0,46.
Минимальная толщина поперечного сечения огнепреградительного пояса:
1, min
bm
u, mp
ρ
0,5
0,5
0,5
0,5
b=10·D ·(0,15·τ -k)=10·81·(0,15·60-0,46)=62 мм.
Для дополнительной огнезащиты нижних полок стальных балок и низа деревянного наката перекрытия по верху штукатурки уложена облицовка в виде крупноразмерных листов и/или плит. Толщина слоя облицовки дополнительной огнезащиты нижних полок стальных балок перекрытия, оштукатуренного снизу, определена по формуле (4).
u,mp
шт
шт
обм
2
2
Пример 2. Дано: предел огнестойкости перекрытия требуемый F=90 мин; толщина штукатурки δ=20 мм, показатель диффузии тепла D=21 мм/мин; то же, для слоя огнезащитной облицовки из гипсоволкнистой плиты D=12 мм/мин.
Толщину дополнительного слоя облицовки определим по формуле (4):
обл
обл
u, mp
шт
шт
-4
0,5
2
-4
0,5
2
b=2·10·D·(F-4·δ/D )=-2·10·12·(90-4·20/2)=12,63 мм;
принимаем гипсоволонистую плиту толщиной 14 мм.
Установку элементов огнезащиты внутрь перекрытия производят следующим образом. Элементы огнезащиты перекрытия возводят непосредственно при реконструкции здания; сборные элементы огнезащиты перекрытия изготовляют на полигонах и монтируют на объекте.
В состав строительных работ входят: технический осмотр здания, вскрытия пола, удаление звукоизоляционного слоя песка, кровельного картона и строительного мусора; замена креотизированной доски у краней стальной балки и антисептированного войлока с верха полок стальных балок перекрытия на негорючий материал (например, на маты из минваты и/или гипсокартонные листы); разметка мест установки элементов огнезащиты; антикоррозонная обработка поверхности стальных балок; установка огнепреградительных поясов для стальных балок, укладка огнезащитной облицовки и матов из негорючего волокна на деревянный накат перекрытия; ремонт штукатурки потолка; установка дополнительной огнезащитной облицовки потолка; последующее восстановление вскрытого пола.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
а) средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначенно для использования в строительной промышленности, а именно к устройству огнезащищенного перекрытия здания;
б) для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы полезной
модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке средств;
в) предложенная полезная модель применена при реконструкции перекрытия со стальными балками и деревянным заполнением общественного 3-этажного здания в г.Самара.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Источники информации
1. Пат. 2194130 Российская Федерация, МКИ-7 Е 04 В 1/94. Устройство для огнезащитной заделки вытяжных каналов в конструкциях здания / Ильин Н.А., Краснов В.Н., Пирогов М.Б., Тюрников В.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный архитектурно-строительный университет. - №99123737/03; заявл. 10.11.1999; опубл. 10.12.2002, Бюл. №34, - 52 с. Илл. (см. п.23, фиг.42).
2. Архитектурные конструкции / Под ред. проф. А.В.Кузнецова; Гос. арх. из-во. Академия архитектуры СССР. Кабинет строительной техники. - М., 1940, - С.361-363, рис.132, фиг.5.