Пример прогрева онезащищенных стальных конструкций при экстремальном огневом воздействии

Рис. 12.4

В случаях, когда пожар начинается со взрывов ЛВЖ и газов, строительные конструкции оказываются в зоне очага пожара и практически сразу подвергаются воздействию максимальной температуры горения. Ярким примером такого случая является пожар в башнях ВТЦ во время теракта 11 сентября 2001 г. в Нью-Йорке (рис. 5). При таких реальных пожарах, расчет прогрева огнезащищенных стальных конструкций производится по формуле (9), с использованием номограммы, рис. 12.4. Применение разработанной методики для расчета прогрева огнезащищенных несущих колонн башен ВТЦ затруднительно из-за неопределенности степени повреждения огнезащитного покрытия во время удара самолетов и последующих взрывов.

Но проведенные в работе сравнительные расчеты, по разработанным методикам, прогрева огнезащищенных стальных конструкций при воздействии температурных режимов стандартного и экстремального температурных режимов показали, что уменьшение времени наступления критической температуры может составлять от 25 до 200%, относительно стандартного пожара.

Характерным примером экстремального воздействия температурного режима пожара на строительные конструкции, является, например, пожар в башнях ВТЦ И сентября 2001 г. в Нью-Йорке после проведения террористического акта, когда после динамического удара самолетов в башни и последовавших затем взрывов, температура пожара сразу приняла температуру горения авиационного топлива равную 1100 °C. При этом здания небоскребов сохранили состояние устойчивости после динамических ударов самолетов и последовавших затем взрывов авиационного топлива. Последовавшие затем пожары явились причиной наступления предела огнестойкости несущих колонн и наружной оболочки башни. Аналогичные сценарии развития пожара могут возникнуть при авариях технологического оборудования на предприятиях, где в процессе производства используются легковоспламеняющиеся жидкости и газы.

На этот фактор необходимо обращать должное внимание при проектировании, например высотных зданий или производственных цехов с высокой степенью надежности их эксплуатации.

Например, исходя из проведенных в этой статье исследований и расчетов, можно ориентировочно оценить предел огнестойкости несущих колонн башен ВТЦ после теракта 11 сентября 2001г в Нью-Йорке. Внутренние несущие колонны башен ВТЦ в Нью-Йорке, которые, согласно стандарту США NFPA 220, имели предел огнестойкости не менее трех часов (R 180) (отметим для температурного режима стандартного пожара) реально прогрелись до критической температуры намного быстрее из-за высокоинтенсивного температурного воздействия при горении авиационного топлива. Как только самолет врезался в здание, произошел взрыв авиационного топлива (примерно 80 т), значительная часть которого попала и осталась в средней части здания и лифтовых шахтах. Естественно предположить, что начавшийся от авиационного топлива пожар, поддерживаемый содержимым горючих материалов офисов на очень ограниченной площади со свободным доступом кислорода, имел параметры, значительно отличающиеся от стандартного пожара, как по температурному режиму - температура пожара сразу приняла максимальное значение, так и по условиям теплообмена конструкций с пламенем.

В результате наступления предела огнестойкости несущих колон произошло обрушение башен (северная башня обрушилась через 2 часа 56 мин). Южная башня обрушилась намного быстрее вследствие более низкого удара самолета в конструкцию и более значительных повреждений несущих колонн, в том числе и огнезащитных покрытий. При этом и нагрузка на несущие колоны была более мощной, чем для северной башни.

Выводы. Для разработки методики расчета прогрева стальных огнезащищенных конструкций в условиях воздействия пожаров, пропорциональных стандартной кривой и экстремального огневого воздействия пожара, произведено аналитическое решение математической задачи, с учетом произвольного изменения температуры обогреваемой поверхности огнезащитного слоя. Для обоих случаев получены аналитические расчетные формулы, которые затем были табулированы и представлены в виде номограмм. На основе номограмм разработаны методики расчета прогрева металлического стержня до критической температуры. Представлены примеры практических расчетов, из которых видно, что при экстремальном воздействии температур предел огнестойкости наступает гораздо быстрее, чем при стандартном пожаре (в рассмотренных примерах это расхождение составляет от 20 до 200%). Из примеров видно также, что расхождения в достижении предела огнестойкости, рассчитанными для стандартного и экстремального температурных режимов пожаров, зависит от параметра N, характеризующего отношение теплоаккомулирующий способности огнезащитного и металлического слоев. И, наконец, при проектировании зданий и сооружений с высокой степенью надежности, по условиям пожарной безопасности, необходимо учитывать возможность возникновения в начальный момент экстремальных температур пожара и интенсивных условий нагрева конструкций.

Контрольные вопросы

  • 1. По какому признаку определяется предел огнестойкости огнезащищенных стальных конструкций?
  • 2. Какой метод расчета применяется для определения предела огнестойкости огнезащищенных стальных конструкций?
  • 3. В чем состоит особенность развития пожаров при горении углеводородных жидкостей?
  • 4. Каким образом производилась огнезащита стальных конструкций в рассматриваемых примерах?
  • 5. Предложите другие способы повышения предела огнестойкости стальных конструкций.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >