В современном строительстве все чаще находят применение деревянные клееные конструкции (ДКК), что обусловлено экономической целесообразностью. При сравнительно небольшой стоимости они обладают высокой прочностью, легкостью, технологичностью, устойчивостью к агрессивным средам. Однако область применения деревянных клееных конструкций в настоящее время все еще не велика. Прежде всего это обусловлено недостаточным исследованием их поведения в условиях пожара, пределов их огнестойкости и пожарной опасности.
В силу ряда причин, а в первую очередь для увеличения прочности конструкций, все большее распространение получают ДКК со стальными стержнями, вклеенными под углом 30–45% к направлению волокон.
Причиной потери несущей способности деревянной конструкции во время пожара является уменьшение сечения до критической величины вследствие обугливания. Всю действующую нагрузку принимает на себя необугленная часть сечения. На скорость обугливания древесины оказывают влияние ее плотность, влажность, условия газообмена, температурный режим огневого воздействия.
Принято считать, что в случае размещения в расчетном сечении закладных металлических частей предел огнестойкости конструкции снижается на 25%. В ИЦ НИИ ПБиЧС МЧС РБ проведен ряд испытаний по определению пределов огнестойкости деревянных клееных конструкций с вклеенными стальными стержнями (заявитель – филиал РУП “Институт БелНИИС” – Научно-технический центр).
На испытания были представлены фрагменты деревянных клееных балок размером 5400х500х140 мм (рис. 1). Балка состоит из верхнего и нижнего поясов размерами 140х250х5000 мм, 140х250х5400 мм. Между собой пояса соединены при помощи стальных стержней диаметром 16 мм длиной 680 мм, вклеенных под углом 45 градусов. Для предотвращения нагрева стержней через торцы дополнительно установлены деревянные накладки размером 300х140х60 мм (рис. 2).
При огневых испытаниях равномерно распределенная нормативная нагрузка на балку, на основании результатов статических испытаний аналогичных балок, составляла 12,12 кН/м.
Были испытаны балки, обработанные двумя видами огнезащитных составов для древесины, и балка без средств огнезащиты (рис. 3, 4). При проведении испытаний на металле торцов вклеенных арматурных стержней осуществлялось измерение температуры.
Фактические пределы огнестойкости образцов колебались от 39 (без средств огнезащиты) до 57 минут (со вспучивающейся огнезащитой).
В ДКК наименее стойкими к воздействию огня считаются узлы крепления элементов, разрушение которых снижает устойчивость и огнестойкость всей конструкции. Открытые стальные узлы крепления (башмаки, накладки) должны быть защищены конструктивно. Применение для огнезащиты металлических деталей огнезащитных лаков и красок неэффективно, так как огнезащитные средства для металла начинают срабатывать при температуре 220–250 °С. В то же время диапазон температур обугливания древесины составляет по разным данным 150–210 °С. В приведенном на рис. 5 графике видно, что при прогаре защитной деревянной накладки температура металла стержня стала стремительно увеличиваться. Очевидно, что к моменту начала работы огнезащиты древесина вокруг металлической детали обуглится, что приведет к ускоренному уменьшению сечения конструкции и возможному вырыванию стержня под воздействием нагрузки.
В данном примере предел огнестойкости образца наступил на 50-й минуте. Причем по причине разрушения образца в сечении по центру (рис. 6).
Таким образом, проведенные испытания показали, что при эффективной защите стальные детали не оказывают влияния на снижение предела огнестойкости конструкций.
Для прогнозирования требуемого предела огнестойкости ДКК с вклеенными стержнями необходимо дальнейшее изучение процессов, происходящих с элементами конструкций и в их сечениях.