В практике уже неоднократно столкнулись с тем, что вынуждены выдать отрицательный результат при выполнении расчета огнестойкости трехслойных стеновых железобетонных панелей, выпускаемых на основании серий. Основная причина – методика расчета проверки предельных состояний несущей способности сжатых элементов согласно действующего СП 5.03.01-2020 «Бетонные и железобетонные конструкции» показывает отрицательный результат при учете влияния продольного изгиба даже при нормальных условиях эксплуатации.
Серии для указанных конструкций, как правило, разрабатывались в советское время в соответствии с «Пособием по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Конструкции жилых зданий» (к СНиП 2.08.01-85), утвержденным в 1986 году ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры СССР.
Положения указанного пособия не были учтены при разработке СНБ 5.03.01-2003, а позднее СП 5.03.01-2020, – поэтому в настоящее время подтверждение характеристики их прочности является достаточно проблематичным вопросом. Указанные панели в процессе сертификации проходят типовые испытания, что не требует подтверждающих расчетов по их прочности.
Зачастую такие панели применяются в многоквартирных жилых домах II степени огнестойкости с этажностью порядка 10 – 16 этажей, что определяет величину действующих на них нагрузок, и соответственно требуют огнестойкость по несущей способности (R) не менее 60 минут.
Указанная огнестойкость может быть подтверждена либо экспериментальным способом по ГОСТ 30247 либо расчетным способом по ТКП 45-2.02-110-2008. Однако на практике испытания указанных панелей для проектных условий закрепления и нагрузок достаточно трудно осуществимы, поэтому при сертификации нередко отдают предпочтение расчетному способу.
При этом ТКП 45-2.02-110-2008 имеет достаточно ограниченное применение для трехслойных панелей, которое по своей сути сводящится к трем различным вариантам:
1. Применение п. 6.13, «назначающего» предел огнестойкости панелям при условии их соответствия определенным характеристикам:
«Наружные ненесущие и самонесущие стены из трехслойных сплошных панелей, состоящие из наружного (толщиной не менее 50 мм) и внутреннего бетонных армированных слоев и среднего из горючего утеплителя при общей толщине поперечного сечения не менее 150 мм, имеют предел огнестойкости RE 60.
Аналогичные несущие стены с соединением слоев металлическими связями при общей толщине 250 мм, с внутренним несущим слоем из армированного бетона класса C12/15 с напряжениями сжатия в нем не более 2,5 МПа и толщиной 100 мм или бетона класса C20/25 с напряжениями сжатия в нем не более 10 МПа и толщиной 140 мм, при обеспечении расстояния до оси арматуры согласно таблице 6.5, имеют предел огнестойкости RE 150.»
2. Применение п. 6.12 и таблицы 6.5, позволяющего использовать табличные значения пределов огнестойкости в зависимости от их толщины и защитного слоя бетона, ограничив предельную высоту таких конструкций.
«6.12 Пределы огнестойкости несущих сплошных стен определяются по таблице 6.5 в зависимости от их толщины t и расстояния до оси арматуры c, а также коэффициента использования несущей способности η. Эти данные применимы к железобетонным центрально и внецентренно сжатым стенам при условии расположения суммарной силы в средней трети ширины поперечного сечения стены. При этом отношение высоты стены к ее толщине не должно превышать 20.»
3. Применение п. 6.16 для выполнения полного расчета огнестойкости панелей по расчетным схемам их нагружения.
«Разрушение железобетонных конструкций при огневом высокотемпературном нагреве происходит по тем же схемам, что и в условиях нормальных температур. Поэтому для расчета предела огнестойкости по потере несущей способности используются уравнения равновесия и деформаций в соответствии с положениями СНБ 5.03.01 с учетом дополнительных указаний, изложенных в настоящем техническом кодексе.»
Как правило, параметры панелей и действующая нагрузка не позволяет их отнести к самонесущим и воспользоваться вариантом 1 (п. 6.13), параметры гибкости и расчетного коэффициента не позволяет воспользоваться вторым вариантом (п. 6.12 и таблица 6.5). Поэтому единственным возможным способом остается расчет в соответствии с п.п. 6.16 – 6.25 ТКП 45-2.02-110-2008, которые по сути являются «надстройкой» к основной расчетной методике СП 5.03.01-2020.
Однако методология выполнения расчетов по СП 5.03.01-2020 зачастую приводит к отрицательному результату, как было отмечено выше, особенно для панелей, имеющих достаточно тонкий несущий (внешний – для трехслойных стеновых панелей) слой порядка 90 мм.
Является ли это проблемой методики или реальным вопросом безопасности? – Вопрос риторический.
В действительности расчетные методики согласно СП 5.03.01 разработаны на основе методов предельного равновесия и частных коэффициентов безопасности, имеющих в своей основе вероятностную основу.
Не вдаваясь в суть коэффициентов безопасности, для базового понимания масштаба проблемы следовало бы провести сопоставительные огневые испытания – однако такая работа до сих пор не была проведена.
В настоящее время эта ситуация носит ситуативный характер и может быть выявлена:
1) при получении сертификата на продукцию (т.к. расчеты в период сертификации должны выполняться (обновляться) по действующим методикам);
2) при проведении надзорных мероприятий органами государственного пожарного надзора уже при применении продукции на объекте строительства, – на что также существенно влияет квалификация как специалиста, выполняющего расчеты, так производителя конструкций и аудитора либо инспектора.
Какие могут быть технические рекомендации по выходу из сложившейся ситуации и как достичь требуемого предела огнестойкости?
1. Провести сопоставительные огневые испытания под нагрузкой в соответствии с расчетной схемой панели.
2. Провести более подробное моделирование работы панели при пожаре с учетом деформаций 2-го порядка (в т.ч. учет работы связей между слоями).
3. Разработать расчетные рекомендации в соответствии с СП 5.03.01.
4. Усовершенствовать конструктивное решение панелей для соответствия действующим расчетным ТНПА в части учета влияния продольного изгиба и устойчивости (расчетная высота, армирование и т.п.).
5. Ограничить этажность (допустимые нагрузки) или степень огнестойкости (снижение требований к пределу огнестойкости панели) зданий, в которых применяются панели.