Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ 

ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ 

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ 
 
ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ 
ГПС МЧС РОССИИ 
 
 

 
 
 
 
 
Андреев Ю.А., Батуро А.Н., Едимичев Д.А. 
Карелин Е.Н., Минкин А.Н., Ширинкин П.В. 
 
 
 
 
ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ 
ПРИ ПОЖАРЕ 
 
 
Учебное пособие  
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Железногорск 
2019 

УДК 624+614.8 
ББК 38.96 
 
 
 
Авторы: Андреев Юрий Александрович, док. тех. наук, с.н.с. 
Батуро Алексей Николаевич, канд. тех. наук 
Едимичев Дмитрий Александрович, канд. тех. наук  
Карелин Евгений Николаевич,  
Минкин Андрей Николаевич, канд. тех. наук, доцент 
Ширинкин Павел Владимирович, канд. тех. наук 
 
 
Рецензент: Мокроусова Ольга Анатольевна, док. пед.наук, доцент  
(ФГБОУ ВО Уральский институт ГПС МЧС России) 
 
 
 
 
 
Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре [Текст]: учебное пособие / 
Андреев Ю.А., Батуро А.Н., Едимичев Д.А., Карелин Е.Н., Минкин А.Н., Ширинкин П.В. – 
Железногорск: ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 
2019. – 154 с.: ил. 
 
 
Учебное пособие включает в себя основные разделы учебной дисциплины здания, 
сооружения и их устойчивость при пожаре: общие сведения о поведении строительных 
материалов и строительных конструкций в условиях пожара, пожарно-техническую 
классификацию зданий, сооружений и их частей, основные параметры определения 
огнестойкости зданий, сооружений и строительных конструкций. Содержит теоретический 
материал, 
методики 
расчетов 
пределов 
огнестойкости 
и 
пожарно-технические 
классификации строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений.  
Учебное пособие предназначено для обучающихся по направлениям подготовки 
20.03.01 Техносферная безопасность, 20.04.01 Техносферная безопасность и специальности 
20.05.01 Пожарная безопасность. Может быть использовано для самостоятельного 
изучения дисциплины обучающимися и в практической деятельности специалистов в 
области обеспечения пожарной безопасности.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019 
© Андреев Ю.А., Батуро А.Н., Едимичев Д.А., Карелин Е.Н., Минкин А.Н., Ширинкин П.В. 

СОДЕРЖАНИЕ 

 
Введение ................................................................................................................... 5 

1. Общие сведения о строительных материалах и их свойствах ..................... 6 

1.1. Физические свойства .................................................................................... 8 

1.2. Химические свойства .................................................................................. 16 

1.3. Механические свойства .............................................................................. 16 

1.4. Технологические свойства ......................................................................... 19 

2. Неорганические строительные материалы и их поведение в условиях 
пожара ..................................................................................................................... 21 

2.1. Природные каменные материалы .............................................................. 21 

2.2. Керамические материалы и изделия из них ............................................. 28 

2.3. Бетоны .......................................................................................................... 33 

2.4. Силикатные изделия автоклавного твердения ......................................... 37 

2.5. Материалы и изделия из стеклорасплавов ............................................... 38 

2.6. Металлы ....................................................................................................... 41 

2.7. Железобетон ................................................................................................ 56 

2.8. Поведение неорганических строительных материалов в условиях 
пожара ................................................................................................................. 58 

3. Органические строительные материалы ......................................................... 68 

3.1. Древесина ..................................................................................................... 68 

3.2. Пластмассы и другие полимерные материалы, применяемые в 
строительстве ...................................................................................................... 77 

3.3. Пожарная опасность органических материалов ...................................... 88 

4. Исходные сведения о зданиях, сооружениях, и их элементах .................. 94 

5. Поведение элементов и конструкций зданий в условиях пожара.............. 103 

6. Пожарно-техническая классификация строительных материалов, 
строительных конструкций, зданий, сооружений и пожарных отсеков. ...... 116 

6.1. Классификация строительных материалов по пожарной опасности .. 116 

6.2. Пределы огнестойкости строительных конструкций ............................ 119 

6.3. Класс пожарной опасности строительных конструкций ...................... 121 

6.4. Степень огнестойкости ............................................................................. 122 

6.5. Класс конструктивной пожарной опасности ......................................... 124 

6.6. Класс функциональной пожарной опасности ........................................ 125 

6.7. Категория по взрывопожарной и пожарной опасности ........................ 127 

7. Методы оценки и расчета огнестойкости строительных конструкций ..... 131 

7.1. Расчет пределов огнестойкости металлических конструкций ............. 131 

7.2. Расчет пределов огнестойкости бетонных и железобетонных 
конструкций ...................................................................................................... 137 

7.3. Расчет пределов огнестойкости деревянных конструкций .................. 147 

Заключение ....................................................................................................... 151 

Список используемой литературы .................................................................... 152 

 

 
 
 
 

 
 

Введение 
 
Обеспечение пожарной безопасности строящихся и находящихся в 
эксплуатации зданий и сооружений достигается различными способами и 
методами. Одним из важнейших направлений достижения заданного 
(приемлемого) состояния защищенности является правильный выбор 
строительных материалов, применение различных способов повышения 
огнестойкости конструкций, а также, проведение расчетов и оценка времени 
наступления 
предельных 
состояний 
строительных 
конструкций. 
Как 
показывает практика, неправильная или недостаточная оценка в поведении 
зданий при пожарах приводит к множеству трагических последствий, в 
частности к гибели производственного и обслуживающего персонала, а также 
личного состава, участвующего в ликвидации пожара. Не редкими бывали 
случаи, когда происходило обрушение как охваченной пожаром части здания, 
так и прилегающих частей здания, имеющих общие строительные 
конструкции.  
В данном учебном пособии раскрыта информация о применяемых и 
перспективных 
строительных 
материалах, 
их 
свойствах. 
Описаны 
деструктивные процессы, протекающие в строительных конструкциях при 
пожаре, способы и порядок снижения их негативного влияния. Кроме прочего, 
в пособии описаны подходы к расчетному определению пределов 
огнестойкости строительных конструкций. В учебном пособии приводится 
пожарно-техническая 
классификация 
строительных 
материалов, 
строительных конструкций, помещений, пожарных отсеков, зданий и 
сооружений. 
 

 
 

1. 
Общие сведения о строительных материалах и их свойствах 
 
Производственные, 
жилые, 
административные 
и 
здания 
иного 
назначения представляют собой конструктивные системы, предназначенные 
для размещения людей и различного оборудования, защиты их от воздействий 
окружающей среды. 
Как правило, все здания и сооружения состоят из одинаковых по 
назначению частей [2,3,5]: 
- 
фундамента 
- 
каркаса 
- 
ограждающих конструкций. 
Строительный материал – продукция природного происхождения 
или 
изготовленная 
в 
условиях 
промышленного 
производства, 
предназначенная для изготовления в процессе строительства, реконструкции, 
капитального ремонта зданий и сооружений, строительных конструкций этих 
зданий и сооружений, выполнения защитных и отделочных покрытий зданий 
и сооружений, а также для изготовления в условиях промышленного 
производства строительных изделий и строительных конструкций. 
Строительное изделие – это изготовленная из строительных 
материалов 
в 
условиях 
промышленного 
производства 
продукция, 
предназначенная для применения в качестве элемента строительных 
конструкций, зданий и сооружений. 
Строительная конструкция – это изготовленная из строительных 
материалов или изделий в условиях промышленного производства часть 
зданий или сооружений, выполняющая определенные несущие, ограждающие 
или эстетические функции. 
Все строительные материалы и изделия классифицируют по 
назначению, виду материла и способу получения: 
по назначению: конструкционные, отделочные, гидроизоляционные, 
теплоизоляционные, акустические, антикоррозионные, герметизирующие; 
по виду материала: природные каменные, полимерные, металлические, 
керамические, стеклянные, искусственные каменные и т.д.; 
по способу получения: природные и искусственные. 
Природные 
строительные 
материалы 
добывают 
в 
местах 
их 
естественного образования (горные породы), обычно в верхних слоях земной 
коры, или роста (древесина). Их используют в строительстве, применяя 
преимущественно механическую переработку (дробление, распиловку). 
Состав и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения 
исходных пород и способа их обработки и переработки.  

Искусственные строительные материалы изготавливают из природного 
минерального и органического сырья (глины, песка, известняка, нефти, газа и 
т.д.), промышленных отходов (шлака, золы) с использованием специальной 
отработанной 
технологии. 
Полученные 
искусственные 
материалы 
приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья. 
Свойства любого материала можно регулировать в широких пределах 
путем изменения его состава и структуры. Состав материала: химический, 
минералогический, фазовый (твердый, жидкий, газообразный) зависит в 
большей степени от сырья, которое было использовано и в меньшей – от 
технологии изготовления изделий. Структуру материала изучают на 
микроуровне при помощи микроскопов и на макроуровне – визуально. В 
зависимости от состава, микроструктура может быть нестабильной 
коагуляционной, 
оцениваемой 
по 
вязкости 
и 
пластичности 
(клей, 
лакокрасочные материалы, глиняное и цементное тесто), которая с течением 
времени переходит в более устойчивую – аморфную (стекло, шлаки), 
характеризующуюся однородностью и хаотичным расположением молекул, 
или самую стабильную – кристаллическую (металлы, природный и 
искусственный камень), представляющую собой кристаллическую решетку со 
строго 
определенным 
расположением 
атомов. 
Одним 
из 
основных 
показателей последних является прочность. Форма, размеры и расположение 
кристаллов 
оказывают 
большое 
влияние 
на 
свойства 
материалов. 
Мелкокристаллические – более однородны и стойки против внешних 
воздействий, крупнокристаллические (металлы) имеют большую прочность. 
Слоистое 
расположение 
кристаллов 
(сланцы) 
обеспечивает 
легкое 
раскалывание по плоскостям, что используют при получении отделочных 
плиточных материалов. Структуру искусственно полученных материалов 
можно целенаправленно регулировать в широком диапазоне в зависимости от 
задаваемых свойств и назначения изделий. Так, при получении листовых 
стекол, откорректированный состав, основой которого является кремнезем, 
сначала приобретает коагуляционную структуру – при расплавлении, затем 
аморфную – при формовке и охлаждении изделий, которые характеризуются 
набором свойств, главные из которых – оптические. Для повышения 
термомеханических показателей можно целенаправленно изменить структуру 
стекол на кристаллическую за счет ввода в сырье специальных добавок и 
дополнительной термообработки изделий. Материал приобретает высокую 
термостойкость, прочность на удар и износ, химическую стойкость, но теряет 
прозрачность. Комплекс полученных свойств определяет назначение каждого 
изделия: для остекления окон – аморфное стекло, облицовки пола в цехах с 
агрессивными средами – кристаллическое. 
Макроструктура материалов: плотная (стекло), искусственная 
ячеистая (пеносиликат), мелкопористая (кирпич), волокнистая (древесина), 

слоистая (пластики), рыхлозернистая (песок, щебень, гравий) зависит от 
технологии получения материала и изделия. Так, например, иметь одно и то 
же основное исходное сырье – глину, но изменяя технологию, можно получить 
облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мелкопористый кирпич и 
теплоизоляционный ячеистый – керамзит. 
Состав и структура определяют свойства материалов, которые не 
остаются постоянными, а изменяются в результате пожаров, а также во 
времени 
в 
результате 
механических, 
физико-химических, 
иногда 
и 
биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется изделие или 
конструкция. Эти изменения могут протекать как медленно, например, при 
разрушении горных пород, так и относительно быстро – при вымывании из 
бетона растворимых веществ, действии ультрафиолетовых лучей на 
полимерные 
материалы, 
что 
приводит 
к 
изменению 
их 
свойств. 
Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, 
позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, 
обеспечивающей долговечную эксплуатацию отдельного изделия и всего 
сооружения в целом. 
 
 
 
1.1. Физические свойства 
 
Все свойства строительных материалов можно условно разделить на 
физические, химические, механические и технологические. Физические 
свойства, 
в 
свою 
очередь, 
подразделяют 
на 
общие 
физические, 
характеризующие структуру материала, гидрофизические, теплофизические 
и акустические. К общефизическим свойствам относятся: истинная 
плотность, средняя плотность и пористость материала. Истинная 
плотность (ρ) – масса единицы объема вещества в абсолютно плотном 
состоянии, без пор, пустот и трещин. 
 

 
=
, 
(1) 

 
где ρ – истинная плотность, кг/м3; т – масса, кг; v – объем, занимаемый 
веществом, м3.  
 
Истинную плотность определяют при помощи стеклянной колбы 
точного объема – пикнометра (с точностью до 0,01 г/см3) на тонко 
измельченной (до 0,2 мм) и предварительно высушенной до постоянной массы 
пробе. Истинная плотность большинства строительных материалов больше 

единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t=4 °С). Для 
каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 – 3300 кг/м3; 
органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) – 900 – 1600, черных 
металлов (чугун, сталь) – 7250 – 7850 кг/м3. 
Средняя плотность (ρср) – масса единицы объема материала (изделия) 
в естественном состоянии с пустотами и порами (также называют объемная 
масса). 

=
, 
(2) 

 

где ρср – средняя плотность, кг/м3; т – масса материала (изделия) в 
естественном состоянии, кг; v – объем материала (изделия), м3. 
 
Если образец имеет правильную геометрическую форму, его объем 
определяют путем вычислений по измеренным геометрическим размерам; 
если же образец неправильной формы, – по объему вытесненной жидкости 
(закон Архимеда). 
Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют 
насыпную плотность. Насыпная плотность (ρн) – масса единицы объема 
сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. 
Формула расчета и размерность показателя те же, что в (1) и (2). В единицу 
объема таких материалов входят не только зерна самого материала, но и 
пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами 
рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему 
занимаемому объему, называют пустотностью. Этот показатель важен для 
песка, щебня, керамзита при изготовлении бетона. 
Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется 
в широких пределах – от 10 кг/м3 (полимерный воздухонаполненный материал 
«мипора») до 2500 кг/м3 у тяжелого бетона и 7850 кг/м3 у стали. При 
одинаковом 
вещественном составе 
средняя 
плотность 
характеризует 
прочностные свойства. Чем выше средняя плотность, тем прочнее материал. 
Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней. 
Только для абсолютноплотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) 
показатели средней и истинной плотности численно равны. По величине 
истинной и средней плотности рассчитывают общую пористость (Пп) 
 

Пп = 1 −
100 , 
(3) 

Поры в материале могут иметь различную форму и размеры. Они могут 
быть 
открытыми, 
сообщающимися 
с 
окружающей 
средой, 
и 
замкнутыми - заполненными воздухом. При погружении материала (изделия) 

в воду открытые поры полностью или частично, что зависит от размера пор, 
заполняются водой. В замкнутые поры вода проникнуть не может. Открытую 
или капиллярную пористость (Wо) определяют по водонасыщению 
материала под вакуумом или кипячением его в воде 
 

=
, 
(4) 

 
где т – масса образца в сухом состоянии, г; m1 – масса образца в 
водонасыщенном состоянии, г; v – объем образца, см3. 
 
Общая пористость различных по назначению материалов колеблется в 
широком интервале. Так, для тяжелого, прочного конструкционного бетона – 
5–10 %, кирпича, который как стеновой материал должен обеспечить 
прочность, легкость стеновой конструкции и пониженную теплопроводность  
25 – 35 %, для эффективного теплоизоляционного материала пенопласта – 
95 %. Большое влияние на свойства материалов оказывают не только величина 
пористости, но и размер пор, их характер. При увеличении объема замкнутых 
пор и уменьшении их величины повышается морозостойкость материала и 
снижается теплопроводность. Наличие открытых крупных пор делает 
материал проницаемым для воды, неморозостойким, но в то же время он 
приобретает акустические свойства. 
Гидрофизические свойства проявляют материалы и изделия при 
контакте с водой. Наиболее важные из них – гигроскопичность, 
водопоглощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, 
воздухостойкость. 
Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяные пары из 
воздуха и удерживать их на своей поверхности. Чем мельче поры, тем больше 
общая площадь поверхности (при условии равной общей пористости и 
одинакового вещественного состава), следовательно, гигроскопичность выше. 
Этот процесс является обратимым и зависит от влажности воздуха. При 
снижении влажности часть гигроскопичной влаги испаряется. В зависимости 
от вещественной природы материала гигроскопичность различна. Одни 
материалы притягивают к своей поверхности молекулы воды (острый угол 
смачивания) и называются гидрофильными: бетон, древесина, стекло, 
кирпич, другие, отталкивающие воду (тупой угол смачивания), являются 
гидрофобными: 
битум, 
полимерные 
материалы. 
Характеристикой 
гигроскопичности служит отношение массы влаги, поглощенной материалом 
из воздуха, к массе сухого материала, выраженное в %. 
Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать 
воду. Характеризуется это свойство количеством воды, поглощенной 

высушенным до постоянной массы материалом, полностью погруженным в 
воду, выраженным в % от массы (водопоглощение по массе) – Wм или в % от 
объема (водопоглощение по объему или открытая пористость) – Wо. 
 

м =
100, 
(5) 

 
Водопоглощение по объему рассчитывают по формуле (4). Этот 
показатель зависит от объема, природы пор (замкнутые, открытые) и степени 
гидрофильности материала. Так, водопоглощение гранита составляет 0,02 – 
0,7 %, тяжелого бетона 2 – 4 %, кирпича 8 – 15 %. В результате насыщения 
водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются средняя 
плотность и теплопроводность, объем изделий. Вследствие нарушения связей 
между частицами материала проникающими молекулами воды прочность его 
снижается. 
Отношение 
предела 
прочности 
при 
сжатии 
материала, 
насыщенного водой, Rв к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии Rс 
называется коэффициентом размягчения Кразм. 
 

Кразм = в
(6) 

 
Этот коэффициент характеризует водостойкость материалов. Для глины, 
гипса он равен нулю, металла, стекла – единице. Материалы с Кразм > 0,8 
водостойки, с Кразм< 0,8 – не водостойки и применять их в конструкциях, 
испытывающих постоянное действие воды (фундаменты, при наличии 
грунтовых вод, дамбы, плотины) не целесообразно. 
Влагоотдача – способность материала отдавать влагу при снижении 
влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности влажности 
образца и окружающей среды. Чем она выше, тем интенсивнее идет 
высушивание изделия. Крупнопористый гидрофобный материал отдает воду 
быстрее, чем мелкопористый гидрофильный. В естественных условиях 
влагоотдачу строительных материалов характеризуют интенсивностью потери 
влаги при относительной влажности воздуха 60 % и Т = 20 °С. 
Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под 
давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф 
(см/с). Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических 
сооружений (дамбы, плотины, молы, мосты), резервуаров, возведении стен 
подвалов 
при 
наличии 
грунтовых 
вод. 
Коэффициент 
фильтрации 
непосредственно связан обратной зависимостью с водонепроницаемостью 
материала, по которой ему присуждают марку. Чем ниже Кф, тем выше марка 
по 
водонепроницаемости. 
Водонепроницаемость 
(например, 
бетона) 
характеризуется маркой W2, W4...W12, обозначающей одностороннее 

гидростатическое давление в атмосферах, при котором образец не пропускает 
воду в условиях стандартных испытаний. Испытания проводят на специальной 
установке. 
Морозостойкость – способность материала сохранять свою прочность 
при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном 
состоянии и оттаивании в воде. Для материалов, эксплуатируемых в условиях 
знакопеременных температур наружного воздуха, морозостойкость является 
одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность (дорожные 
покрытия, бордюрные камни, стеновые материалы). Разрушение материалов 
при их замораживании в водонасыщенном состоянии связано с образованием 
в порах льда, объем которого примерно на 9 % больше объема замерзшей 
воды. Поэтому, если все поры в материале будут заполнены водой, то 
разрушение должно было бы произойти после первого цикла замораживания. 
Способность материала противостоять морозному разрушению обусловлена, 
в первую очередь, присутствием в его структуре определенного объема 
замкнутых пор, в которые и отжимается часть воды под действием давления 
растущих 
кристаллов 
льда. 
Таким 
образом, 
главными 
факторами, 
определяющими морозостойкость материала, являются показатели структуры, 
от которых зависят степень насыщения водой и интенсивность образования 
льда в порах. В строительстве морозостойкость материала количественно 
оценивают маркой (F), т.е. числом циклов попеременного замораживания и 
оттаивания, которые выдерживают образцы материала без снижения 
прочности на 5– 25 % и массы на 3 – 5 % в зависимости от назначения 
материала. Установлены следующие марки по морозостойкости: тяжелый 
бетон F50 – F500, легкий бетон F25 – F500, кирпич, стеновые керамические 
камни F15 – F100. 
Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать 
многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери 
механической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные 
материалы 
(бетон, 
керамика), 
сжимающиеся 
при 
высыхании 
и 
расширяющиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения 
растягивающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные 
покрытия, надводные части гидротехнических сооружений. 
К основным теплофизическим свойствам, определяющим отношение 
материала к тепловым воздействиям, относятся: теплопроводность, 
теплоемкость, 
термостойкость, 
жаростойкость, 
огнеупорность, 
огнестойкость. 
Теплопроводность – способность материала пропускать тепловой 
поток при условии разных температур поверхности изделия. Степень 
теплопроводности материалов характеризует коэффициент, который равен 
количеству тепла, проходящего через стену из испытуемого материала