Определение пределов огнестойкости строительных конструкций. Практикум

 
 
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ 
ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ  
И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ 
 
ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ  
АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ 
 
 
 
 
Шубкин Р.Г., Голдобина Л.А., Козлов Д.Ю., Чернушевич Е.В.  
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 
Практикум 
 
Допущено Министерством Российской Федерации по делам  
гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации  
последствий стихийных бедствий в качестве учебного пособия  
для обучающихся образовательных организаций МЧС России 
 
 
Железногорск 
2022

УДК 624+614.8 
ББК 38.96  
 
 
 
Авторы:  
Шубкин Роман Геннадьевич, канд. техн. наук, 
Голдобина Любовь Александровна, докт. техн. наук, профессор,  
Козлов Дмитрий Юрьевич, старший преподаватель, 
Чернушевич Елена Валерьевна, преподаватель 
 
Рецензенты: 
Приступюк  Дмитрий Николаевич к.т.н.  
(ФГБОУ ВО Академия ГПС МЧС России), 
Ожегов Эдуард Александрович к.т.н.  
(ФГБОУ ВО Уральский институт ГПС МЧС России) 
Наконечный Сергей Николаевич к.х.н. 
(ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России) 
 
 
 
Практикум предназначен для обучающихся по направлению подготовки 
20.03.01 Техносферная безопасность и специальностям 20.05.01 Пожарная безопасность и 40.05.03 Судебная экспертиза. Практикум может быть использован для самостоятельного изучения учебных дисциплин «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» и «Строительные материалы и их поведение в условиях пожара», 
выполнения разделов дипломных проектов и выпускных квалификационных работ, 
а также в практической деятельности специалистов в области обеспечения пожарной безопасности. 
Учебное пособие (Практикум) содержит основные теоретические положения по вопросам огнестойкости строительных конструкций и методики расчета фактических пределов огнестойкости строительных конструкций с учетом изменений внесенных в нормативную литературу; примеры расчета пределов огнестойкости строительных конструкций (металлических, деревянных, железобетонных), варианты индивидуальных заданий и необходимую справочную информацию. 
 
 
 
 
 
ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2022 
Шубкин Р.Г., Голдобина Л.А., Козлов Д.Ю., Чернушевич Е.В. 
 

                
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОГНЕСТОЙКОСТИ  СТРОИТЕЛЬНЫХ 
КОНСТРУКЦИЙ .................................................................................................. 5 
1.1 Предельные состояния строительных конструкций по огнестойкости ...... 5 
1.2 Последовательность расчетов пределов огнестойкости строительных 
конструкций .......................................................................................................... 7 
1.3 Общие требования и рекомендации по оформлению расчетно-графических 
заданий…………………………………………………………………………….8 
2 ОГНЕСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ....................... 10 
2.1 
Расчет 
предела 
огнестойкости 
незащищенных 
металлических 
конструкций……………………………………………………………………...10 
2.1.1 Статическая часть расчета ........................................................................ 10 
2.1.2 Теплотехническая часть расчета .............................................................. 13 
2.1.3 Примеры расчетов предела огнестойкости несущих конструкций 
пространственного стального каркаса .............................................................. 19 
2.1.3.1 Колонны .................................................................................................. 19 
2.1.3.2 Балки ....................................................................................................... 21 
2.1.3.3 Ферма ...................................................................................................... 22 
3 ОГНЕСТОЙКОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ............................... 27 
3.1 Основы расчета пределов огнестойкости деревянных конструкций ........ 27 
3.1.1 
Определение 
предела 
огнестойкости 
растянутой 
деревянной 
конструкции ........................................................................................................ 31 
3.1.2 Определение предела огнестойкости сжатой деревянной конструкции 32 
3.1.3 
Определение 
предела 
огнестойкости 
изгибаемой 
деревянной 
конструкции ........................................................................................................ 34 
3.2 Примеры расчетов предела огнестойкости деревянных конструкций ...... 36 
3.2.1 Расчет предела огнестойкости растянутой деревянной конструкции .... 36 
3.2.2 Расчет предела огнестойкости сжатой деревянной конструкции ........... 39 

3.2.3 Расчет предела огнестойкости изгибаемой деревянной конструкции ... 47 
4 ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ .................... 58 
4.1 Общие положения по обеспечению огнестойкости железобетонных 
конструкций ....................................................................................................... 58 
4.2 Основные положения теплотехнического расчета железобетонных 
конструкций ....................................................................................................... 59 
4.3 Оценка предела огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей 
способности ........................................................................................................ 62 
4.4 Статическая часть расчета: расчет предела огнестойкости по потере 
несущей способности......................................................................................... 64 
4.4.1 Статически определимые конструкции ................................................... 70 
4.4.1.1 Плоские изгибаемые элементы (плиты, настилы, панели) .................. 70 
4.4.1.2 Стержневые изгибаемые элементы (балки, прогоны, ригели) ............ 77 
4.4.1.3 Сжатые элементы ................................................................................... 78 
4.5 Оценка предела огнестойкости по целостности ......................................... 83 
4.6 Примеры расчетов предела огнестойкости несущих конструкций 
пространственного железобетонного каркаса .................................................. 86 
4.6.1 Расчет предела огнестойкости колонны .................................................. 86 
4.6.2 Расчет предела огнестойкости балки ..................................................... 101 
4.6.3 Расчета предела огнестойкости многопустотной плиты перекрытия .. 108 
ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................ 123 
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................ 149 
ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................ 162 
ПРИЛОЖЕНИЕ В1 .......................................................................................... 174 
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................. 179 
 
 
 

ОБЩИЕ 
СВЕДЕНИЯ 
ОБ 
ОГНЕСТОЙКОСТИ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 
Огнестойкость строительной конструкции - способность строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара [1]. 
Если объект имеет недостаточную огнестойкость, то есть неспособен сопротивляться воздействию пожара в течение необходимого времени, то вся 
система противопожарной защиты здания или сооружения может стать неэффективной. 
В связи с этим оценка огнестойкости строительных объектов – обязательный и важный элемент процесса строительного проектирования зданий и 
сооружений. 
1.1 Предельные состояния строительных конструкций по огнестойкости 
Количественной характеристикой огнестойкости конструкций является 
предел огнестойкости - промежуток времени от начала огневого воздействия 
в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных 
для данной конструкции предельных состояний [2]. 
Предельное состояние конструкции по огнестойкости – состояние конструкции, при котором она утрачивает способность сохранять несущие и/или 
ограждающие функции в условиях пожара [3, 4]. 
Различают три признака наступления предела огнестойкости строительных конструкций (или три предельных состояния строительной конструкции 
по огнестойкости) [3]: 
- предел огнестойкости по потере несущей способности (R) – предельное состояние несущей строительной конструкции при пожаре вследствие ее 
обрушения или возникновения предельных деформаций; 

- предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности (I) - 
предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 °С, или в любой другой 
точке этой поверхности более чем на 180 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220 °С независимо от температуры конструкции до испытания; 
- предел огнестойкости по потере целостности (Е) – предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре в 
результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через 
которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или 
пламя. 
В зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и 
сооружений предельные состояния строительных конструкций по огнестойкости нормируют следующим образом [2]: 
- для колонн, балок, ферм, арок и рам учитывается только потеря несущей способности конструкций и узлов – R; 
- для наружных стен и покрытий – потеря несущей способности и целостности – RE; 
-  для несущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирующей способности и целостности – EI; 
- для несущих внутренних стен и перекрытий - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности – REI. 
Обозначение предела огнестойкости строительных конструкций состоит 
из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных 
состояний, и числа, соответствующего времени достижения одного из этих состояний (по времени), в минутах.  
Например: 
- R 120 – предел огнестойкости 120 минут – по потере несущей способности; 

- RE 60 – предел огнестойкости 60 минут – по потере несущей способности и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит раньше; 
-  REI 30 – предел огнестойкости 30 минут – по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, какое из трех предельных состояний наступит раньше. 
Если для конструкций нормируются (или устанавливаются) различные 
пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, то обозначение предела огнестойкости может состоять из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой.  
Например:  
- R 120/EI 60 – предел огнестойкости 120 минут по потере несущей способности, предел огнестойкости 60 минут по потере целостности или теплоизолирующей способности независимо от того, какое из двух последних предельных состояний наступит раньше. 
Пределы огнестойкости запроектированных или реально существующих конструкций принято называть фактическими, а нормируемые – требуемыми и обозначать, соответственно, через Пф и Птр. 
Требование безопасности считается выполненным при соблюдении 
условия Пф > Птр. 
Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в зависимости от требуемой степени огнестойкости здания в соответствии с действующими нормативными документами [1, 2]. 
1.2 Последовательность расчетов пределов огнестойкости строительных конструкций 
Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций определяются двумя способами: проведением огневых испытаний (экспериментально) и путем выполнения расчетов. 
Расчетный метод определения предела огнестойкости строительных 

конструкций обладает преимуществом перед экспериментальным, так как отпадает необходимость проводить сложные, дорогостоящие испытания конструкций в натуральную величину [5]. Тут же следует отметить и его недостатки – расчетный метод менее точен, не позволяет определить значение предела огнестойкости по потере целостности (Е). Иначе проведение натурных 
испытаний со стандартным температурным режимом не имеет смысла. 
Расчет предела огнестойкости строительной конструкции сводится к решению двух задач: теплотехнической и статической. 
Решение теплотехнической задачи позволяет определить температуру в 
сечении конструкции в процессе воздействия на нее стандартного температурного режима. Для решения используют уравнение нестационарной теплопроводности твердого тела с учетом изменения теплофизических характеристик 
строительных материалов с ростом температуры. В результате решения этой 
задачи для ограждающих конструкций оценивается их теплоизолирующая 
способность. 
Статическая задача позволяет определить предел огнестойкости по потере несущей способности конструкции. Эта задача решается с помощью уравнений предельного равновесия и деформаций с учетом изменения физико-механических характеристик строительных материалов конструкции в зависимости от температуры, определенной теплотехническим расчетом. 
 
1.3 Общие требования и рекомендации по оформлению расчетнографических заданий 
Расчетно-графические задания (задачи для самостоятельного решения) 
выполняются с целью изучения теоретических вопросов поведения строительных конструкций при пожаре и освоения методики расчета фактических пределов огнестойкости строительных конструкций, находящих применение в 
практической деятельности специалистов пожарной охраны. 
Обучающиеся решают задачи по определению пределов огнестойкости 

конструкций, выполненных из металла, древесины, железобетона. 
Индивидуальные задания (варианты) приведены в Приложениях А, Б, В, 
В1 данного учебного пособия, и назначаются преподавателем. 
Работу необходимо выполнять в тетрадях для практических работ. 
Текст работы должен быть аккуратно оформлен, написан разборчиво 
шариковой или гелевой ручкой. Иллюстрации (схемы, рисунки, графики) выполняются карандашом. Рисунок должен иметь название, а в случае необходимости и подрисуночную надпись, которая располагается выше названия рисунка (пример оформления рисунка и подрисуночной надписи см. в данном 
учебном пособии). На иллюстрации должны быть показаны все необходимые 
размеры и обозначения. Решения задач должны содержать необходимые пояснения и промежуточные вычисления.  
На обложке тетради следует указать наименования учебного заведения, 
факультета, кафедры, дисциплины, фамилию и инициалы слушателя, курс, номер группы и номер варианта задания. 
Обучающийся получает зачет при правильно выполненных заданиях и 
ответах на вопросы по теме.  
Работа считается не зачтенной в следующих случаях: 
- работа выполнена не самостоятельно; 
- работа выполнена не полностью; 
- работа выполнена не качественно и содержит грубые ошибки; 
- работа выполнена не в соответствии с выданным вариантом. 
Не зачтенная работа возвращается обучающемуся. В этом случае необходимо выполнить работу заново либо сделать соответствующую доработку и 
представить на повторную проверку работу вместе с ранее представленным 
вариантом ее выполнения. 
Работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется и обратно 
не возвращается.  

ОГНЕСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ 
2.1 Расчет предела огнестойкости незащищенных металлических 
конструкций 
Огнестойкость несущих металлических конструкций утрачивается 
вследствие снижения при нагреве прочности и упругости металла, а также за 
счет развития его пластических и температурных деформаций. 
Под воздействием этих факторов предел огнестойкости конструкции 
наступает в результате потери прочности или за счет потери устойчивости. 
Тому и другому случаю соответствует критическая температура прогрева сечения конструкции или ее отдельного элемента в условиях пожара - tcr, которая 
зависит в общем случае от вида конструкции, ее размеров, марки металла, 
схемы опирания и рабочей (нормативной) нагрузки. 
Задача определения предела огнестойкости металлических конструкций, как и других несущих элементов, состоит из двух частей: статической и 
теплотехнической.  
Расчет критической температуры составляет содержание статической 
(прочностной) задачи определения предела огнестойкости металлических конструкций. Теплотехническая часть расчета огнестойкости этих конструкций 
сводится к определению времени нагрева металла до заданной критической 
температуры. 
Расчет огнестойкости металлических конструкций целесообразно начинать со статической части, т.е. с определения критических температур. После 
чего выполняется теплотехнический расчет, позволяющий определить время 
нагрева конструкции до критической температуры, т.е. ее предел огнестойкости Пф. 
2.1.1 Статическая часть расчета 
Учитывая особенность металлических конструкций (распределение температуры по их сечению принимается равномерным), для них можно, не определяя кривую снижений несущей способности, сразу вычислить критическую