Закономірності розподілу температури сталевої балки з вогнезахистом з гіпсокартону від часу впливу пожежі

Заїка Наталія Петрівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-8757-5709

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-2

Ключові слова: моделювання, стандартний температурний режим пожежі, питома теплоємність, теплопровід-ність, вогнезахист, гіпсокартон

Анотація

 Досліджено розподіл температури в сталевих балках з профілю HEB 200 з вогнезахистом у вигляді гіпсокартонних плит під впливом стандартного температурного режиму пожежі. Розра-хунок проведено у програмному комплексі ANSYS WB для визначення залежності температури в сталевій конструкції від часу впливу пожежі. Модель дозволяє детально оцінити теплопередачу у матеріалах із різними теплофізичними характеристиками, зокрема змінною теплоємністю та теплопровідністю сталі й гіпсокартону. Використання гіпсокартону як вогнезахисного покриття обґрунтовано його здатністю уповільнювати нагрівання сталі. Такий підхід дозволяє значно під-вищити вогнестійкість сталевих конструкцій, зберігаючи їхню механічну цілісність. Отримані результати показали, що максимальна температура в сталевій балці з гіпсокартонним вогнезахи-стом не перевищує 443 °С навіть при тривалості пожежного впливу у 60 хв, що припускає від-повідність до класу вогнестійкості R60. Побудований графік залежності максимальної темпера-тури від часу впливу пожежі підтвердив ефективність вогнезахисту гіпсокартоном і високу точ-ність апроксимації моделі (коефіцієнт детермінації R²=0,9923), що свідчить про достовірність результатів. Запропонована модель та підхід можуть бути використані для оцінки вогнестійкості інших сталевих елементів конструкцій, зокрема для підбору оптимальних вогнезахисних матері-алів. Дослідження є актуальним у контексті розробки економічно вигідних і ефективних методів захисту будівельних конструкцій від впливу високих температур пожежі. Методика моделюван-ня вогнезахисту в сталевих балках надає можливість визначення температурних режимів, що ви-никають у реальних умовах пожежі, та розробки рекомендацій щодо підвищення вогнестійкості сталевих конструкцій, особливо в сучасних будівлях, де важлива оптимізація матеріальних і ре-сурсних витрат.

Посилання

1. Борсук О., Нуянзін О., Кришталь В., Ведула С., Горовенко М. Дослідження межі вогнестійкості сталевої балки за умови втрати цілісності вогнезахисного покриття. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2020. Вип. № 4(2). С. 5–15. URL: https://fire-journal.ck.ua/index.php/
2. fire/article/view/62
3. Pozdieiev S., Zmaha M., Nedilko I., Zmaha Y. Methods of mathematical modeling of the area carbonation of wooden beams with lining of fire protective plywood. Collection of Scientific Papers of Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chornobyl Heroes of National University of Civil Protection of Ukraine «Emergency Situations: Prevention and Liquidation». 2020. Vol. 4(2). P. 97–105. doi: 10.31731/2524-2636.2020.4.2.-97-105
4. Zmaha M. Analysis of research methods for determining the fire of wooden beams with lining of fire protective plywood. Collection of Scientific Papers of Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chornobyl Heroes of National University of Civil Protection of Ukraine «Emergency Situations: Prevention and Liquidation». 2021. Vol. 5(2). P. 125–135. doi: 10.31731/2524.2636.2021.5.2.-125-135
5. Franssen J., Gernay T. Modeling structures in fire with SAFIR®: Theoretical background and capabilities. Journal of Structural Fire Engineering. 2017. Vol. 8(3). P. 300–323. doi: 10.1108/JSFE-07-2016-0010
6. Ковальов А., Пурденко Р., Отрош Ю., Томенко В., Качкар Є., Майборода Р. Оцінювання вогнестійкості вогнезахищених сталевих балок. ВІСТІ. 2022. Вип. № 2(51). С. 43–53. doi: 10.31474/1999-981X-2022-2-43-53
7. ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010 Єврокод 3. Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила і правила для споруд (EN 1993-1-1:2005/А1:2014, IDT). [Чинний від 01.03.2013]. Міністерство регіонального розвитку та будівництва, 2013. 150 с.
8. ДСТУ-Н Б EN 1993-1-2:2010 Єврокод 3. Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-2. Загальні положення. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість (EN 1993-1-2:2005, IDT). [Чинний від 01.03.2013]. Міністерство регіонального розвитку та будівництва, 2013. 98 с.
9. Новак С., Дріжд В., Добростан О. Оцінювання вогнезахисних властивостей покриттів і облицювань для сталевих конструкцій. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2021. Вип. № 2(12). С. 43–53. doi: 10.33269/nvcz.2021.2(12).43-53
10. Buchanan A. Structural design for fire safety. Corus Construction and Industrial. Fire resistance of steel-framed buildings, North Lincolnshire, 2001. 221 p.
11. Pallares-Muñoz M., Paya-Zaforteza I., Hospitaler A. New methodology using beam elements for the analysis of steel frames subjected to non-uniform temperatures due to fires, Structures. 2021. Vol. 31. P. 462–483. doi: 10.1016/j.istruc.2021.02.008
12. Sidnei S., Myroshnyk O., Kovalov A., Veselivskyi R., Hryhorenko K., Shnal T., Matsyk I. Identifying the evolution of through cracks in iron-reinforced hollow slabs under the influence of a standard fire temperature mode. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2024. Vol. 4(7(130)). P. 70–77. doi: 10.15587/1729-4061.2024.310520
13. Sidnei S. O., Nuianzin O. M., Kostenko T. V., Berezovskyi A. I., Wąsik W. A Method of Evaluating the Destruction of a Reinforced Concrete Hollow Core Slab for Ensuring Fire Resistance. Journal of Engineering Sciences, Ukraine. 2023. Vol. 10(2). P. D1–D7. doi: 10.21272/jes.2023.10(2).d1
14. Довбиш А. В. Обґрунтування умов застосування гіпсокартонних плит як вогнезахисних оздоблювальних матеріалів будівельних конструкцій: дис. канд. техн. наук: 21.06.02. Український НДІ пожежної безпеки. Київ, 2006. 204 с.
15. Сідней С. О. Дослідження впливу скінченно-елементної сітки на розподіл температури по порожнистій плиті під час моделювання пожежі. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2024. Вип. № 1(17). С. 93–102. doi: 10.33269/nvcz.2024.1(17).93-103