СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ МАССОВОЙ СКОРОСТИ ВЫГОРАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В ПЕРЕКРЫТИИ ЗДАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01N25/50 

Изобретение относится к области пожарной безопасности, к исследованию параметров горения твердых веществ, строительных материалов и деревянных конструкций, в частности к определению массовой скорости выгорания древесины конструкций в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре в здании.

Необходимость определения показателей выгорания древесины строительных конструкций возникает при их проектировании и эксплуатации в соответствии с требованиями пожарной безопасности строительных норм и правил, при их работе в условиях огневого воздействия и внешней нагрузки и/или после пожара. Необходимость выявления величины массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций возникает при определении фактических (проектных) пределов огнестойкости и показателей пожароустойчивости деревянных конструкций, при проведении пожарно-технической или строительной экспертизы состояния безопасности строительных конструкций после пожара.

Известен способ выявления массовой скорости выгорания твердых материалов в муфельной печи при t=920±10°C, в котором испытуемый образец древесины размером 150×60×30 мм сначала взвешивают и затем укладывают на фарфоровые салазки, прикрепленные кронштейном к торговым весам. При опыте фиксируют момент воспламенения образца и моменты потери образцом каждые (5-10) г массы до прекращения пламенного горения. Получив еще 5÷10 точек по потере массы при тлении образца, опыт прекращают. Полученные результаты обрабатывают; по ним строят график выгорания образца и рассчитывают массовую скорость выгорания образца за фиксированный промежуток времени m_υ, кг/(м²·сек)/ Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. / В.Т.Монахов - М.: Химия, 1972. - С.288-290 / [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе массовую скорость выгорания древесины поперечного сечения образца деревянных конструкций можно определить косвенным путем, приближенно; при этом невозможно определить массовую скорость выгорания натурных деревянных конструкций, имеющих другие геометрические размеры и различные условия газового обмена, при этом не учитываются фактические (проектные) прочность, плотность и влажность древесины, массивность сечения элементов деревянных конструкций и условия обогрева деревянных конструкций при внутреннем локальном пожаре в перекрытии здания.

Известен способ определения массовой скорости выгорания твердых материалов, в котором опытный образец изготовляют в виде цилиндра длиной 150 мм, диаметром 15 мм и укрепляют на валу вращающегося механизма. Затем образец воспламеняют в среде окислителя в реакционной камере, вращая его в процессе горения вокруг своей оси с заданной скоростью. По результатам регистрации изменения диаметра и массы образца во времени его горения, рассчитывают скорость выгорания материала. При этом предполагается повышение точности выявления искомого параметра - массовой скорости выгорания материала, m_υ, кг/м²·сек / Штейнберг, А.С. А.с. 1434963, МКИ-5, G01N 25/50, «Способ определения скорости выгорания твердых безгазовых и газифицирующихся при горении материалов». / А.С.Штейнберг, В.Н.Воробьев, Н.А. Халтуринский и др. Опубл. 07.01.91. Бюл. №1 / [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе массовую скорость выгорания поперечного сечения образца деревянных конструкций можно выявить косвенным путем, приближенно; при этом невозможно определить показатели выгорания натурных деревянных конструкций, имеющих другие геометрические размеры и различные условия газового обмена, при этом не учитываются фактические (проектные) прочность, плотность и влажность древесины, массивность сечения и условия обогрева элементов деревянных конструкций при внутреннем локальном пожаре в перекрытии здания.

Известен способ определения массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций здания путем неразрушающего испытания, включающего проведение технического осмотра, выявление схемы обогрева поперечных сечений элементов деревянных конструкций в условиях пожара в здании, установление вида древесины и определение скорости обугливания деревянных конструкций в зависимости от расчетного сопротивления древесины на изгиб (R_u, МПа), длительности огневого воздействия (τ, мин) и глубины обугливания древесины посередине стороны прямоугольного сечения балки (x₁, мм) или по радиусу закругления углов сечения (x₂, мм) / Ильин, Н.А. Техническая экспертиза зданий, поврежденных пожаром. - М.: Стройиздат, 1983. - С.101-103 / [3].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе оценку скорости обугливания деревянных конструкций производят приближенно, при ограниченном (два из шести возможных) числе единичных показателя качества (R, МПа; τ, мин); при этом длительность огневого испытания деревянных конструкций принимают равной длительности исследуемого натурного пожара, τ, мин, в ограниченных пределах (10÷120) мин; в качестве одного из показателей качества деревянных конструкций в известном способе принято расчетное сопротивление древесины сжатию R, МПа, при котором не учитываются особенности сопротивления древесины деревянных конструкций термосиловому воздействию в условиях пожара в здании; в известном способе не учтено влияние плотности ρ, кг/м³, и влажности ω, %, древесины, массивности сечения деревянных конструкций (b_min, см) и расположения элементов деревянных конструкций в пространстве здания (ψ₀); следовательно, экономические затраты в известном способе возрастают за счет проведения дополнительных огневых испытаний, уточняющих фактические показатели выгорания древесины.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ выявления скорости обугливания деревянных конструкций здания путем неразрушающего испытания, включающего проведение технического осмотра, выявление расположения деревянных конструкций в пространстве здания и схемы обогрева поперечных сечений деревянных конструкций в условиях пожара, установление породы древесины, плотности и влажности древесины в естественном состоянии, нормативного сопротивления сортовой древесины на изгиб и определение скорости обугливания деревянных конструкций здания / Ильин Н.А. Патент RU №2282179, МПК-7, G01N 25/00 «Способ определения скорости обугливания деревянных конструкций здания» / Н.А.Ильин, К.П. Козлито, В.Н.Ильина и др; заявка СГАСУ 06.09.04, опубл. 20.08.06. Бюл.№23 [4], - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе выявление массовой скорости выгорания древесины возможно косвенным путем, приближено, при этом не учитывается влияние проемности замкнутого пространства контрольной ячейки перекрытия на условия газообмена при внутреннем пожаре; вследствие этого невозможно выявить показатели массовой скорости выгорания древесины при затрудненных условиях газообмена.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в установлении показателей пожароопасности здания в части его устойчивости, в выявлении массовой скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газообмена, в оценке фактических пределов пожароустойчивости несущих элементов деревянных конструкций при их проектировании или реконструкции; в снижении экономических затрат при испытании строительных конструкций на огнестойкость или пожароустойчивость.

Технический результат - испытание строительной древесины несущей деревянной конструкции здания без огневого воздействия, неразрушающими методами, по комплексу единичных показателей качества; снижение трудоемкости определения показателей возгораемости деревянных конструкций; расширение технологических возможностей оценки массовой скорости выгорания деревянных конструкций любой толщины, имеющих различное напряженное состояние и различно расположенных в пространстве; математическое описание процесса массовой скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газообмена; повышение точности и экспрессивности испытания, повышение достоверности контроля качества строительных деревянных конструкций и неразрушающих испытаний; снижение экономических затрат на испытание.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе путем испытания строительной древесины неразрушающими методами по комплексу единичных показателей ее качества, включающем проведение технического осмотра перекрытия, выявление схемы огневого воздействия на составные элементы перекрытия в условиях пожара, установление породы и сорта строительной древесины, показателей ее плотности и влажности в естественном состоянии, массивности элементов деревянных конструкций перекрытия, нахождение нормативного сопротивления строительной древесины на изгиб и скорости ее обугливания, особенностью является то, что технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров площади горения, назначают контрольную ячейку перекрытия в очаге пожара, измеряют площадь поперечного сечения проемов ячейки перекрытия, выявляют схему расположения элементов конструкции в ячейке перекрытия, а также дефекты и термоповреждения составных элементов перекрытия, затем вычисляют показатель проемности ячейки перекрытия, выявляют массовую скорость выгорания строительной древесины в условиях нормального газообмена, определяют коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газообмена, затем вычисляют комплексный показатель условий выгорания строительной древесины и величину линейной скорости обугливания ее в условиях нормального газообмена и, используя полученные единичные показатели качества, выявляют массовую скорость выгорания строительной древесины в объеме ячейки перекрытия в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре.

Показатель проемности ячейки перекрытия вычисляют по алгебраическому уравнению (1):

$$\alpha =A_{щ}/A_{гор};\left(1\right)$$

где α - показатель проемности ячейки перекрытия;

A_щ и A_гор - соответственно площадь проема, щели в стенках ячейки и площадь горения ячейки перекрытия, м².

Массовую скорость выгорания древесины m_v,α, кг/(м²·мин), в зависимости от показателя проемности (α) ячейки перекрытия определяют по математической зависимости (2):

$$m_{v,\alpha }={\left(\alpha /2\right)}^{\mathrm{0,03}/\alpha };\left(2\right)$$

где m_v,α - массовая скорость выгорания древесины при различном газообмене, кг/(м²·мин);

α - показатель проемности контрольной ячейки перекрытия здания.

Коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в перекрытии при различном показателе проемности стенок ячейки вычисляют по алгебраическому уравнению (3):

$$k_{го}=m_{v,\alpha }/m_{v,\max };\left(3\right)$$

где k_го - коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена при пожаре;

m_v,α - массовая скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин), в условиях различного газообмена;

m_v,max - 0,88 кг/(м²·мин) - максимальная массовая скорость выгорания сосновой древесины в условиях нормального газообмена.

Комплексный показатель (C) условий выгорания древесины при нормальном газообмене находят по математическому выражению (4):

$$C=\left[4\cdot b+{\left(R_u/3\right)}^2+{\left(\omega /5\right)}^2+2\cdot {\delta }_{о}^2\right]\cdot {10}^{-2};\left(4\right)$$

где b - толщина доски деревянного наката перекрытия здания, см;

R_u - нормативное сопротивление строительной древесины на изгиб, МПа, - по приложению 2 СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»;

ω - влажность строительной древесины, %;

δ_о - предельная толщина слоя обугливания доски, см, вычисляемая по алгебраическому уравнению (5):

$${\delta }_{о}=\left(b/2\right)\cdot \left(1-J_{\sigma о}^{\mathrm{0,5}}\right);\left(5\right)$$

J_σо - интенсивность силовых напряжений в доске к началу пожара; в пределах 0,1÷1,0.

Линейную скорость обугливания древесины V_о, мм/мин, находят по математическому выражению (6):

$$V_{о}=\mathrm{2,2}\cdot \left({\Psi }_{\mathrm{0,}i}/e^{\mathrm{2,5}\cdot \left(\rho /1000\right)}{}^2\right)\cdot \left(\mathrm{0,5}+1/e^C\right);\left(6\right)$$

где V_о - линейная скорость обугливания древесины, мм/мин;

Ψ_o,i - показатель, учитывающий расположение элементов деревянных конструкций в пространстве, в пределах 1,0-1,33;

ρ - плотность древесины, кг/м³;

C - комплексный показатель условий выгорания древесины.

Массовую скорость выгорания древесины в условиях нормального газообмена при пожаре m_v, кг/(м²·мин), находят по алгебраическому уравнению (7):

$$m_v=\rho \cdot V_{о};\left(7\right)$$

где m_v - массовая скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);

ρ - плотность древесины, кг/м³;

V_о - линейная скорость обугливания древесины, м/мин.

Массовую скорость выгорания древесины m_v,зго, кг/(м²·мин) в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена при пожаре определяют по алгебраическому уравнению (8) или (9):

$$m_{v,зго}=k_{го}\cdot m_v;\left(8\right)$$

или

$$m_{v,зго}=\mathrm{1,14}\cdot V_{о}\cdot \rho \cdot {\left(\alpha /2\right)}^{\mathrm{0,03}/\alpha };\left(9\right)$$

где m_v,зго - массовая скорость выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена, кг/(м²·мин);

k_го - коэффициент снижения скорости выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена;

m_v - массовая скорость выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях нормального газообмена, кг/(м²·мин);

V_о - линейная скорость обугливания древесины, м/мин;

ρ - плотность древесины, кг/м³;

α - показатель проемности ячейки перекрытия.

За единичные показатели качества, влияющие на массовую скорость выгорания древесины строительной конструкции, принимают геометрические размеры деревянной конструкции, площадь горения в контрольной ячейке, площадь поперечного сечения проемов замкнутого пространства конструкции, нормативную нагрузку при пожаре или интенсивность напряжений в расчетном сечении элемента деревянной конструкции, нормативное сопротивление сортовой древесины на сжатие и на изгиб, предельную толщину слоя обугливания элемента деревянной конструкции, влажность и плотность древесины, расположение деревянной конструкции в пространстве здания и условия ее обогрева при пожаре.

Выявление массовой скорости выгорания древесины строительной конструкции в перекрытии здания в условиях затруднительного газообмена прошедшего пожара ведут при положительной и отрицательной температуре воздуха.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом изобретения заключена в следующем: устранение огневых испытаний в существующем здании и замена их на неразрушающие испытания снижает трудоемкость оценки показателей возгораемости строительных материалов и конструкций, расширяет технологические возможности определения массовой скорости выгорания различно напряженных деревянных конструкций любых размеров в условиях эксплуатации здания без нарушения его функционального процесса, а также сопоставления полученных результатов со стандартными огневыми испытаниями аналогичных деревянных конструкций. Следовательно, условия испытания строительных конструкций на возгораемость и пожароустойчивость значительно упрощены и экономически целесообразны.

Определение массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций только по одному показателю качества, например, по прочности древесины, приводит, как правило, к существенной ее недооценке. Вследствие этого в предложенном способе оценку массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций предусматривают не по одному показателю, а по комплексу единичных показателей их качества. Это повышает точность оценки ее фактического значения. Уточнен комплекс единичных показателей качества сжатых и изгибаемых деревянных конструкций, влияющих на массовую скорость выгорания древесины, определяемых неразрушающими испытаниями.

На фиг.1÷3 изображена ячейка деревянного перекрытия здания с несущими стальными балками: план (фиг.1); разрез (фиг.2) и разрез 2-2 (фиг.3):

1 - двутавр стальной №32; 2 - утеплитель; 3 - брус высотой 200 мм; 4 - черновой пол; 5 - брус высотой 320 мм; 6 - необрезная доска; 7 - обрезная доска; 8 - штукатурка; в кружках показаны координационные оси здания.

На фиг.4 изображены графики зависимости m_v,α=f(α), т.е. массовой скорости выгорания m_v,α, кг/м²·мин строительной древесины от показателя проемности замкнутого пространства (α=A_щ/A_гор) пустотного канала деревянного перекрытия: I - график изменения опытных данных; II - график степенной функции (2).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.

Последовательность действия способа выявления массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций состоит в следующим. Сначала проводят технический осмотр здания, включая в него детальное освидетельствование элементов деревянного перекрытия, назначают контрольную ячейку перекрытия в зоне интенсивного горения в условиях пожара; выявляют схему расположения элементов конструкции контрольной ячейки перекрытия, а также дефекты и термоповреждения составных элементов перекрытия, затем вычисляют показатель проемности объема контрольной ячейки перекрытия, выявляют массовую скорость выгорания строительной древесины в условиях нормального газообмена при пожаре, определяют коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газообмена, затем вычисляют комплексный показатель обгорания строительной древесины и величину линейной скорости обгорания ее в условиях нормального газообмена, и, используя полученные единичные показатели качества, выявляют массовую скорость выгорания строительной древесины в объеме контрольной ячейки перекрытия в условиях затрудненного газообмена при пожаре.

Проверку прочности древесины конструкций определяют по ГОСТ 18321 и ГОСТ 20736. Прочность древесины брусьев и круглых лесоматериалов в полевых условиях оценивают визуально по сортообразующим признакам и дополнительным требованиям к древесине по СНиП II-25-80* «Деревянные конструкции», приложение 1.

Для экспресс оценки свойств и качества материалов и изделий из строительной древесины используют справочное пособие / «Определение свойств и качеств строительных материалов в полевых условиях» / Марцинчик А.Б., Шубенкин П.Ф. - М., Стройиздат, 1983. - С.88-100 / [5].

Пример практического применения. Техническим осмотром частей перекрытия 2-го этажа особняка установлено, что подлежащее реставрации двухэтажное общественное здание с массивными каменными стенами содержит деревянное перекрытие со стальными несущими балками в виде прокатного двутавра I№32 из стали марки Ст.3, установленными с шагом 1,5 м. Состав перекрытия второго этажа (фиг.2):

1 - необрезная доска - 30 мм; 2 - утеплитель - 200 мм; 3 - брус высотой 200 мм; 4 - черновой пол - 50 мм; 5 - брус высотой 320 мм; 6 - двутавр стальной №32 - 320 мм; 7 - обрезная доска - 30 мм; 8 - штукатурка - 30 мм.

Конструкция перекрытия была разделена продольными металлическими балками и поперечными деревянными брусьями на замкнутые пространства (ячейки) с узкими щелями, через которые происходил затрудненно газообмен в условиях замедленного горения древесины в процессе пожара.

В условиях внутреннего локального пожара в пустотном перекрытии замедленное горение древесины являлось неполным. Затрудненный газовый обмен вызывался недостаточным поступлением воздуха в отдельные замкнутые объемы (ячейки) перекрытия здания. Горючая нагрузка в замкнутом объеме ячейки пустотного перекрытия: g_о=M/A_пож=67,5/1,5=45 кг/м².

Древесина сосновая - горючий материал; влажность ω=9%, плотность ρ=500 кг/м³; теплопроводность λ=0,37 Вт/(м·К); теплота сгорания 20,32 МДж/кг; показатель горючести более 2,1; температура воспламенения 255°C; температура самовоспламенения 400°C; температура тления 295°C; коэффициент дымообразования 717 м²/кг при 400°C.

Величина массовой скорости выгорания m_V, кг/(м²·мин), существенно снижается с уменьшением площади проема (A_щ,м²), через который осуществляется газовый обмен.

Требуется выявить массовую скорость выгорания древесины.

Решение: 1. Удельная площадь (проекция на горизонтальную поверхность) горения в замкнутом пространстве ячейки перекрытия вычислена по уравнению:

A_гор=l₁·l₂=1,5·1=1,5 м²;

где l₁ - шаг стальных двутавровых балок I №32, м;

l₂ - шаг поперечных деревянных брусьев перекрытия, м.

Размер площади проема (щели) пустотного перекрытия для доступа воздуха к месту горения вычисляют по уравнению:

A_щ=l₁·h_щ=1,5·0,1=0,15 м²;

где h_щ=H-2·δ₁-H_б=520-2·50-320=100 мм=0,1 м - ширина щели.

Показатель проемности замкнутого пространства (ячейки) перекрытия вычисляют по алгебраическому уравнению (1):

α= A_щ/A_гор=0,15/1,5=0,1.

2. Массовую скорость выгорания сосновой древесины (при показателе проемности α=0,1) вычисляют по степенной зависимости (2):

m_V,α=(0,5·а)^0,03/α=(0,5·0,1)^0,03/0,1=0,41 кг/(м²·мин).

3. При нормальных условиях газообмена максимальная массовая скорость выгорания эталонной древесины m_V,max=0,88 кг/(м²·мин), следовательно, показатель снижения скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газового обмена при пожаре (ЗГО) вычисляют по алгебраическому уравнению (3):

k_ГО=m_V,зго/m_V, mах=0,41/0,88=0,466.

4. Среднюю линейную скорость обугливания, V_о мм/мин, древесины вычисляют по математическому выражению (6):

$$V_{о}=\mathrm{2,2}\cdot \left({\Psi }_{о,i}{e}^{\mathrm{2,5}\cdot \left(\rho /1000\right)}{}^2\right)\cdot \left(\mathrm{0,5}+1/e^C\right)=\mathrm{2,2}\cdot \left(\mathrm{1,2}/e^{\mathrm{2,5}\cdot \mathrm{0,5}}{}^{{}^{{}_2}}\right)\cdot \left(\mathrm{0,5}+1/e^{\mathrm{1,24}}\right)=\mathrm{1,12}мм/мин.$$

где C - комплексный показатель условий выгорания строительной древесины при нормальных условиях газового обмена, определяемый по математическому выражению (4):

$$C=\left[{\left(R_u/3\right)}^2+{\left(\omega /5\right)}^2+2{\delta }_{о}^2+4\cdot b\right]/100=\left[{\left(31/3\right)}^2+{\left(9/5\right)}^2+\mathrm{21,71}+4\cdot 3\right]/100=\left(\mathrm{106,78}+\mathrm{3,24}+\mathrm{2,12}+12\right)/100=124/100=\mathrm{1,24}$$ ,

здесь $${\delta }_{о}=\mathrm{0,5}\cdot \left(1-J_{\sigma о}^{\mathrm{0,5}}\right)\cdot b=\mathrm{0,5}\cdot \left(1-{\mathrm{0,1}}^{\mathrm{0,5}}\right)\cdot 3=\mathrm{1,03}см\left(приJ_{\sigma 0}=\mathrm{0,1}\right)$$ ;

R_u=31 МПа, - по СНиП II-25; ω=9%.

5. Удельную массовую скорость выгорания древесины m_V, кг/(м²/мин), в условиях нормального газообмена при пожаре вычисляют по алгебраическому уравнению (7):

m_V=V_o·ρ=1,12·10^-3·500=0,56 кг/(м²/мин);

где V_о=1,12·10^-3 - линейная скорость выгорания древесины, м/мин;

ρ=500 - плотность сосновой древесины, кг/м³.

6. Удельную массовую скорость выгорания сосновой древесины 2-го сорта m_v,зго, кг/(м²/мин), в условиях затрудненного газового обмена внутреннего локального пожара в замкнутых объемах ячеек перекрытия вычисляют по алгебраическому уравнению (8):

m_v,зго=m_V·k_го=0,56·0,466=0,261 кг/(м²/мин).

Предложенный способ применен при натурном осмотре деревянных конструкций перекрытия и исследовании пожара в двухэтажном общественном здании в г.Самаре, 2009 г.

Источники информации

1. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. /В.Т.Монахов - М.: Химия, 1972. - С.288-290.

2. Штейнберг А.С. А.с. 1434963, МКИ-5, G01N 25/50 «Способ определения скорости выгорания твердых безгазовых и газифицирующихся при горении материалов» // А.С. Штейнберг, В.Н. Воробьев, Н.А. Халтурянский и др. - Опубл. Бюл. №1 от 07.01.1991 г.

3. Ильин Н.А. Техническая экспертиза зданий, поврежденных пожаром. - М.: Стройиздат, 1983. - С.101-103.

4. Ильин Н.А. Патент RU №2282179, МПК-7, G01N 25/00. Способ определения скорости обугливания деревянных конструкций здания /Н.А. Ильин, К.П. Козлито, В.Н. Ильина, А.С. Ковалевский; заявка СГАСУ: 06.09.04, опубл. 20.08.06. Бюл.№23.

5. Марцинчик А.Б. Определение свойств и качеств строительных материалов в полевых условиях. / А.Б. Марцинчик, П.Ф. Шубенкин - М., Стройиздат, 1983. - С.88-100.

Изобретение относится к области исследования параметров горения твердых веществ и может быть использовано для определения массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре в здании. Заявленный способ предполагает выявление массовой скорости выгорания древесины при испытании деревянной конструкции здания без огневого воздействия неразрушающими методами по комплексу ее единичных показателей качества в условиях затрудненного газообмена. Для этого определяют положение деревянных конструкций в пространстве здания, геометрические размеры деревянных конструкций, условия обогрева расчетных сечений деревянных конструкций в условиях пожара, предельную толщину слоя обугливания, плотность, прочность и влажность древесины в естественном состоянии. Искомую величину скорости выгорания древесины определяют в условиях затрудненного газообмена в зависимости от показателя проемности ячейки пустотного перекрытия. Технический результат - повышение достоверности контроля качества строительной древесины, деревянных конструкций. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выявления массовой скорости выгорания древесины в перекрытии здания путем испытания строительной древесины неразрушающими методами по комплексу единичных показателей ее качества, включающий проведение технического осмотра перекрытия, выявление схемы огневого воздействия на составные элементы перекрытия в условиях пожара, установление породы и сорта строительной древесины, показателей ее плотности и влажности в естественном состоянии, массивности элементов деревянных конструкций перекрытия, нахождение нормативного сопротивления строительной древесины на изгиб и скорости ее обугливания, отличающийся тем, что технический осмотр дополняют инструментальными измерениями геометрических размеров площади горения, назначают контрольную ячейку перекрытия в очаге пожара, измеряют площадь поперечного сечения проемов ячейки перекрытия, выявляют схему расположения элементов конструкции в ячейке перекрытия, а также дефекты и термоповреждения составных элементов перекрытия, затем вычисляют показатель проемности ячейки перекрытия, выявляют массовую скорость выгорания строительной древесины в условиях нормального газообмена, определяют коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в условиях затрудненного газообмена, затем вычисляют комплексный показатель условий выгорания строительной древесины и величину линейной скорости обугливания ее в условиях нормального газообмена и, используя полученные единичные показатели качества, выявляют массовую скорость выгорания древесины в объеме ячейки перекрытия в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что показатель проемности ячейки перекрытия вычисляют по алгебраическому уравнению (1):
α=A_щ/A_гор,
где α - показатель проемности ячейки перекрытия;
A_щ и A_гор - соответственно площадь проема, щели в стенках ячейки и площадь горения ячейки перекрытия, м².

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что массовую скорость выгорания древесины m_v,α, кг/(м²·мин), в зависимости от показателя проемности (α) ячейки перекрытия определяют по математической зависимости (2):
m_v,α=(α/2)^0,03/α,
где m_v,α - массовая скорость выгорания древесины при различном газообмене, кг/(м²·мин);
α - показатель проемности контрольной ячейки перекрытия здания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент снижения массовой скорости выгорания древесины в перекрытии при различном показателе проемности стенок ячейки вычисляют по алгебраическому уравнению (3):
k_го=m_v,α/m_v,max,
где k_го - коэффициент снижения скорости выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена при пожаре;
m_v,α - массовая скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин), в условиях различного газообмена;
m_v,max=0,88 кг/(м²·мин) - максимальная массовая скорость выгорания сосновой древесины в условиях нормального газообмена.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексный показатель (C) условий выгорания древесины при нормальном газообмене находят по математическому выражению (4):
$$C=\left[4\cdot b+{\left(R_u/3\right)}^2+{\left(\omega /5\right)}^2+2\cdot {\delta }_{о}^2\right]\cdot {10}^{-2}$$ ;
где b - толщина доски деревянного наката перекрытия, см;
R_u - нормативное сопротивление древесины на изгиб, МПа;
ω - влажность строительной древесины, %;
δ_о - предельная толщина слоя обугливания доски, см, вычисляемая по алгебраическому уравнению (5):
$${\delta }_{о}=\left(b/2\right)\cdot \left(1-J_{\sigma о}^{\mathrm{0,5}}\right)$$ ,
J_σо - интенсивность силовых напряжений в доске к началу пожара в пределах 0,1÷1,0.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейную скорость обугливания древесины V_о, мм/мин, находят по математическому выражению (6):
V_о=2,2·(Ψ_о,i/e^2,5·(ρ/1000)²)·(0,5+1/e^C),
где V_о - линейная скорость обугливания древесины, мм/мин;
Ψ_о,i - показатель, учитывающий расположение элементов деревянных конструкций в пространстве, в пределах 1,0-1,33;
ρ - плотность древесины, кг/м³;
C - комплексный показатель условий выгорания древесины.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовую скорость выгорания древесины в условиях нормального газообмена при пожаре m_v,max, кг/(м²·мин), находят по алгебраическому уравнению (7):
m_v,max=ρ·V_о,
где m_v,max - массовая скорость выгорания древесины, кг/(м²·мин);
ρ - плотность строительной древесины, кг/м³;
V_о - линейная скорость обугливания древесины, м/мин.

8. Способ по любому из пп.1, 2, 4 и 6, отличающийся тем, что массовую скорость выгорания древесины m_v,зго, кг/(м²·мин), в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена при пожаре определяют по алгебраическому уравнению (8) или (9):
m_v,зго=k_го·m_v,max
или
m_v,зго=1,14·V_о·ρ·(α/2)^0,03/α,
где m_v,зго - массовая скорость выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена, кг/(м²·мин);
k_го - коэффициент снижения скорости выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях затрудненного газообмена;
m_v - массовая скорость выгорания древесины в ячейке перекрытия в условиях нормального газообмена, кг/(м²·мин);
V_о - линейная скорость обугливания древесины, м/мин;
ρ - плотность строительной древесины, кг/м³;
α - показатель проемности ячейки перекрытия здания.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что за единичные показатели качества, влияющие на массовую скорость выгорания древесины строительной конструкции, принимают геометрические размеры деревянной конструкции, площадь горения в контрольной ячейке, площадь поперечного сечения проемов замкнутого пространства конструкции, нормативную нагрузку при пожаре или интенсивность напряжений в расчетном сечении элемента деревянной конструкции, нормативное сопротивление сортовой древесины на сжатие и на изгиб, предельную толщину слоя обугливания элемента деревянной конструкции, влажность и плотность древесины, расположение деревянной конструкции в пространстве здания и условия ее обогрева при пожаре.

10. Способ по п.1 или 8, отличающийся тем, что выявление массовой скорости выгорания древесины строительной конструкции в перекрытии здания в условиях затруднительного газообмена прошедшего пожара ведут при положительной и отрицательной температуре воздуха.