microbik.ru
1


VI городская конференция молодых исследователей

«Шаг в будущее»

Тема:

«Влияние пожарной нагрузки на возможные варианты развития пожара в здании»

Автор:

Савин

Александр Викторович

г. Лангепас

МОУ «Гимназия № 6», 8Акл.

Руководитель:

Шквыря

Елена Леонидовна,

учитель математики

МОУ «Гимназия № 6»

2005г.

Тема: Влияние пожарной нагрузки на возможные варианты развития пожара в здании. Цель: Установить возможность разрушения основных строительных конструкций в зоне пожара путём сравнения эквивалентной продолжительности пожара с пределом огнестойкости этих конструкций.

Объект исследования: Гимназия №6.

В прошлом учебном году я пришёл в Гимназию и заметил, что в каждом кабинете установлена пожарная сигнализация и первичные средства пожаротушения. Я заинтересовался: нужны ли эти меры и насколько они эффективны? Мною была проведена оценка функциональной пожарной опасности. Функциональная пожарная опасность объекта оценивается вероятностью возникновения пожара и величиной пожарной нагрузки.

Расчет годовых потерь от предполагаемых пожаров в данной работе выполнен с использованием элементов теории вероятности при построении трех сценариев пожара:

1. Загорания ликвидируются с помощью первичных средств пожаротушения на небольшой площади;

2. Пожа­ры, которые не потушены первичными средствами из-за их или недостаточной эффективности или позднего обнаружения, развиваются и тушатся при своевременном прибытии подразделений пожарной охраны;

3. Часть пожаров, прибытие на которые подразделений пожарной охраны по причине отсутствия в здании пожарной сигнализации не оказалось своевременным, развиваются на большие площади и происходят с обрушением строительных конструкций.

Эффективность отдельных противопожарных мероприятий, а также проектных решений с различными вариантами противопожарной защиты оценивается сравнением затрат, связанных с этими противопожарными мероприятиями, с изменением величины материальных потерь от пожара в результате их выполнения.

Для достижения поставленной цели в этом учебном году мною были поставлены задачи:

1. Определить степень огнестойкости здания и предела огнестойкости конструкций;

2. Составить карту пожарной нагрузки здания;

3. Определить вид пожара;

4. Рассчитать количество пожара по времени;

5. Определить время эквивалентной продолжительности пожара и сравнить с пределом прочности здания.

Количественным показателем, характеризующим длительность и интенсивность возможного пожара, является пожарная нагрузка в МДж/м2. Она может заключаться в начинке зданий и помещений или в строительных конструкциях и их элементах (конструктивная). Пожарную нагрузку составляют вещества и материалы, способные гореть или поддерживать горение. Определение вида, величины и распределения пожарной нагрузки выполнялось на основе визуального обследования всех помещений здания. Как показало обследование, пожарная нагрузка в помещениях здания является однородной и состоит из деревянной мебели, бумаги в стопках, рулонах, на стеллажах, оргтехники.

При определении пожарной нагрузки составляется перечень всех помещений, в которых имеются горючие вещества и материалы, и вычисляется для каждого помещения величина равномерно распределенной пожарной нагрузки по формуле:

Расчёт пожарной нагрузки:

P = ∑nj = 1 HjMj/S (1)

где

Р — пожарная нагрузка, МДж/ м2.

Hj — низшая теплота сгорания j-го горючего вещества или материала.

Mjмасса j -го вещества или материала.

Sплощадь пола помещения или площадь размещения пожарной нагрузки, м2.

nчисло веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку.

В результате обследования и расчетов по формуле составлена сводная таблица с указанием величины пожарной нагрузки в помещениях гимназии.

Таблица 1

Расчёт пожарной нагрузки


Количество

Помещений

Наименование помещений

Пожарная нагрузка, МДж/м2.

3

2

4

1

24

5

1

1

3

Кабинеты завучей

Лаборантские помещения

Складские помещения

Бухгалтерия

Кабинеты

Кабинеты иностранных языков

Библиотека

Читальный зал

Кабинеты информатики

184

237

158

220

130

162

1002

682

123



Для выполнения первой задачи мною был взят проект здания. Согласно проекту оказалось, что степень огнестойкости – I, а предел огнестойкости для несущих стен – 2ч.

Для реализации второй задачи мною были выполнены расчёты пожарной нагрузки здания (см. приложение) согласно формуле 1. После этого была составлена таблица пожарной нагрузки здания (смотри таблицу 1).

Для оценки воздействия пожара на основе анализа размещения пожарной нагрузки выявляется наиболее пожароопасный участок здания. В нашем случае это библиотека.

Поэтому для выполнения третьей задачи я использовал следующую формулу:

Pk= ∑Pi QpHi/QpН.ДР. (2)

где

Pкпожарная нагрузка, приведённая к древесине на 1м2 ограждающих конструкций помещения, кг/м2.

QpHi низшая теплота сгорания вещества или материала, МДЖ/кг.

QpН.ДР.теплота сгорания древесины.

РК= 60 кг/м2.

Pk.KP – критическая пожарная нагрузка, равная 8кг на 1м2 площади.

После этого мною были проведены расчеты для определения вида пожара:

РК = 4000кг.*10МДж/кг./ 53м2 = 800МДж/м2 /13МДж/кг. =60кг/м2.

Так как РК>PK.KPследовательно, вид объёмного пожара:

пожар, регулируемый вентиляцией.

Задача № 4.

Для расчета количества пожара по времени мною была использована формула для пожаров, регулируемых вентиляцией, где продолжительность пожара определяется зависимостью:

t = PKAt/330A√h (3)

где

Pкпожарная нагрузка, приведённая к древесине, кг/м2.

А – площадь проёмов помещений, м2.

h – высота проёмов, м.

Atплощадь ограждающих конструкций, м2.

Из расчётов следует, что продолжительность пожара – 0,5ч.

t = 60кг/м2 * 100м2/330*40√2=0,5 ч.

Чтобы выполнить пятую задачу, я определил эквивалентную продолжительность пожара с применением графика 1 из пособия (см. литературу).

График 1. Зависимость эквивалентной продолжительности пожара от времени пожара для ПРВ.

tэкв, час.




2
1
t час

0 0,5 1 1,5

Из графика видно, что tэкв = 2часа. Возможность разрушения основных строительных конструкций в зоне пожара определяется исходя из сравнения эквивалентной продолжительности пожара (tэкв) и предела огнестойкости конструкций (П).

tэкв≥П – конструкция теряет несущую и ограждающую способность. Это означает, что в нашем случае в результате пожара возможно обрушение перекрытий, что приведёт к материальному ущербу. Для того, чтобы увеличить tэкв, то есть время до начала обрушения, необходимо изменить расчётное время t свободного развития пожара. Для этого следует в формуле 3 уменьшить площадь открытых проёмов помещения (А), при этом уменьшиться приток воздуха.

Выводы и рекомендации:

1. Обрушение конструкций приведёт к большому материальному ущербу, во избежание этого все пожароопасные участки должны быть обеспечены первичными средствами пожаротушения.

2. Из расчётов следует, что потери от пожаров зависят от работоспособности первичных средств пожаротушения и автоматической пожарной сигнализации. Поэтому их необходимо содержать согласно паспортным данным и инструкциям по эксплуатации.

3. Продолжительность пожара (t) и эквивалентная продолжительность пожара (tэкв) связаны прямой пропорциональной зависимостью. Для того, чтобы увеличить tэкв, то есть время до начала обрушения, необходимо изменить расчётное время t свободного развития пожара. Для этого следует в формуле 3 уменьшить площадь открытых проёмов помещения (А), при этом уменьшиться приток воздуха.

Приложение 1

Определение вида, величины и распределения пожарной нагрузки выполнялось на основе визуального обследования всех помещений здания. Как показало обследование, пожарная нагрузка в помещениях здания является однородной и состоит из деревянной мебели, бумаги в стопках, рулонах, на стеллажах, оргтехники. Ниже представлена таблица 1 о данных веществах, а также таблица 2 о их массе ; и площади помещений.

Таблица 1. Данные о веществах и материалах, способных гореть и поддерживать горение и их удельной теплоты сгорания.

Наименование вещества

Теплота сгорания

Предметы, в которых используется

Дерево

13*106 Дж/кг.

Предметы Шкафы, учительские и ученические столы, стулья, стенды, стеллажи.


Бумага

107 Дж/кг.

Бумббумага и бумажные изделия.


Линолеум

20292,4 кДж/кг.

Покрытия полов.

Полиметилметакрилат

5Н8О2)

267 кДж/кг.

КомКомпьютеры, телевизоры, сканеры, принтеры и другая оргтехника.



Таблица 2. Данные о массе веществ и материалов и площадях обследуемых помещений.

Наименование помещений Масса веществ и материалов, кг. Площадь, м2.

Дерево Оргтехника Бумага Линолеум

Кабинеты завучей 172 10 70 37 20

Лаборантские помещения 336 10 100 51 27

Складские помещения 120 150 200 56 30
Бухгалтерия 262 70 200 56 30
Конторские помещения 415 17 60 122 65
Кабинеты иностранных языков 327 7 70 75 40
Библиотека 852 10 2000 100 53
Читальный зал 190 10 60 185 100
Кабинеты информатики 364,5 146 30 112,5 60

При определении пожарной нагрузки составляется перечень всех помещений, в которых имеются горючие вещества и материалы, и вычисляется для каждого помещения величина равномерно распределенной пожарной нагрузки по формуле:

P = ∑nj = 1 HjMj/S

Используя данную формулу, мною была вычислена пожарная нагрузка для каждого типа кабинетов.

1. Кабинеты завучей:

Qдер.= 13*106Дж/кг*172кг=2236000кДж.

Qбум.=107Дж/кг*70кг=700000кДж.

Qорг.=267кДж/кг*10кг=2670кДж.

Qлин.=20292,4кДж/кг*37кг=750820кДж.

H=184474кДж/м2=184 МДж/м2 .

2. Лаборантские помещения:

Qдер.=13*106Дж/кг*336кг=4368000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*100кг=1000000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*10кг=2670кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*51кг=1034912кДж.
H=237244кДж/м2=237 МДж/м2.

3. Складские помещения:

Qдер.=13*106Дж/кг*120кг=1560000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*200кг=2000000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*150кг=40050кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*56кг=1136374кДж.
H=157881кДж/м2=158 МДж/м2.

4. Бухгалтерия:

Qдер.=13*106Дж/кг*262кг=3406000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*200кг=2000000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*70кг=18690кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*56кг=1136374кДж.
H=218702кдж/м2=220 МДж/м2.

5. Конторские помещения:

Qдер.=13*106Дж/кг*415кг=5395000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*60кг=600000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*17кг=4539кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*122кг=2475673кДж.
H=130388кДж/м2=130 МДж/м2.

6. Кабинеты иностранных языков:

Qдер.=13*106Дж/кг*327кг=4251000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*70кг=700000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*7кг=1869кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*75кг=1521930кДж.
H=161870кДж/м2=162 МДж/м2.

7. Библиотека:

Qдер.=13*106Дж/кг*852кг=11076000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*2000кг=40000000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*10кг=2670кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*100кг=2029240кДж.
H=1002036кДж/м2=1002 МДж/м2.

8. Читальный зал:

Qдер.=13*106Дж/кг*190кг=2470000кДж.
Qбум.=107Дж/кг*60кг=600000кДж.
Qорг.=267кДж/кг*10кг=2670кДж.
Qлин.=20292,4кДж/кг*185кг=3754094кДж.
H=68268кДж/м2=682 МДж/м2.

9. Кабинеты информатики:

Qдер.=13*106Дж/кг*364,5кг=4738500кДж.
Qбум.=107Дж/кг*30кг=300000кДж
Qорг.=267кДж/кг*146кг=38982кДж
Qлин.=20292,4кДж/кг*112,5кг=2282895кДж.
H=122673кДж/м2=123 МДж/м2.

Используемая литература


  1. Предотвращение распространения пожара. Пожарная безопасность зданий и сооружений. МДС 21-1.98. – М.: Центральный научно – исследовательский и проектно – экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений АО «ЦНИИпромзданий», 1998

  2. А.Я. Корольченко. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник в двух частях. Ч.1.-М.:Асс. «Пожнаука», 200.- 709с.

  3. Центральный научно-исследовательский и проэкто-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений АО «ЦНИИпромзданий» Предотвращение распространения пожара. Пособие к СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» МДС 21-1.98.

  4. Российская Федерация ХМАО. Дочернее Федеральное Государственное предприятие ТУП “Югратехинвентаризация”. Лангепасский филиал. Извлечение из технического паспорта. Помещение муниципального учреждения “Гимназия №6”.

  5. СНиП 2.08.02-89.