Вогнезахисні властивості плит при дії вогневого впливу на дерев'яні конструкції

Abstract

Зростання кількості випадків загорянь зумовлює підвищену увагу до забезпечення протипожежного захисту конструкцій, зокрема тих, які облицьовані плитними матеріалами. Сучасна наукова практика вказує на наявність великої кількості питань, що потребують додаткового вивчення, особливо щодо впливу високих температур на елементи споруд. У зв’язку з цим активно проводяться як теоретичні, так і практичні дослідження ефективності різних вогнезахисних підходів, зокрема в тих ситуаціях, коли йдеться про забезпечення безпечної евакуації осіб у разі виникнення пожежі. В межах конструктивних рішень для будівель і споруд саме огороджувальні системи, що додатково виконують функцію теплозахисту несучих елементів, належать до критично важливих складових. Їх вихід з ладу може спричинити збільшення теплового навантаження на основні елементи каркаса, що, у свою чергу, підвищує ймовірність обвалення об'єкта та значних втрат — як матеріальних, так і людських. У цьому контексті перспективними визнаються підходи, засновані на комбінуванні чисельного аналізу з експериментальними випробуваннями для визначення межі вогнестійкості. У зв’язку з викладеним, постає необхідність у створенні та вдосконаленні ефективних методів розрахунково-експериментального типу для оцінювання протипожежних характеристик плитних матеріалів, що використовуються як облицювання несучих систем. Перший розділ присвячено аналізу сучасних типів плитних матеріалів, які застосовуються для захисту несучих елементів від дії вогню, а також огляду наукових публікацій, у яких розглянуто властивості таких матеріалів і результати попередніх досліджень у цьому напрямі.

У другому розділі наведено загальну структуру експериментальних процедур, включаючи опис інструментальної бази, алгоритму виконання випробувань, а також числове моделювання процесів теплопередачі, що виникають під впливом пожежного навантаження. Третій розділ містить аналіз температурних розподілів усередині досліджуваних плитних зразків, зіставлення отриманих значень, реєстрацію часу втрати цілісності та ізоляційної здатності. Окремо подано алгоритм математичного розрахунку з використанням спеціалізованого програмного забезпечення. У розділі, присвяченому техніко-економічному обґрунтуванню, проведено порівняння витрат на реалізацію двох варіантів вогнезахисних перегородок із використанням плитних матеріалів, які мають підвищену стійкість до впливу високих температур. Об’єкт дослідження: становлять конструктивні елементи, облицьовані плитними матеріалами, які піддаються впливу підвищених температур, характерних для умов пожежі. Предмет дослідження: охоплює процеси вогнезахисної дії плитних облицювальних матеріалів та їх здатність обмежувати температурне проникнення й уповільнювати теплопередачу до основ конструкцій. Мета дослідження: Визначити вогнезахисні властивості найбільш поширених плитних матеріалів експериментальним шляхом та порівняти результати із теоретичним розрахунком В даній магістерській кваліфікаційній роботі виконано аналіз роботи вогнезахисних плит виконаних з гіпсу та магнезиту при дії на них високотемпературного навантаження. Експериментальні дослідження проводилися у Національному університеті «Львівська політехніка» у навчально-науковій лабораторії з використанням вогневої печі для випробування будівельних конструкцій (патент на корисну модель № 93911). В результаті досліджень було проведено аналіз існуючих на ринку плитних вогнезахисних матеріалів на основі гіпсу та магнезиту. Було запропоновано методику дослідженьі фрагментів будівельних систем з іпокриттями із плитних матеріалів на ітемпературний вплив від пожежногоі навантаження. Відповідність іотриманих результатів підтвердженаі задовільною збіжністю експериментальнихі та теоретичних досліджень. За результатами досліджень було отримані дані щодо часу до втрати тепло ізолювальної здатності та загальної цілісності таких конструкцій.The increasing number of fire incidents has heightened the focus on ensuring fire protection of structural components, particularly those clad with panel materials. Contemporary scientific research highlights a broad spectrum of unresolved issues, especially regarding the effects of elevated temperatures on structural elements. Consequently, both theoretical and practical investigations into the efficiency of various fire protection strategies are actively being pursued, especially in contexts where the safe evacuation of occupants during a fire is critical. Among structural design solutions for buildings, enclosure systems that also serve as thermal barriers for load-bearing elements are considered crucial. Failure of these systems may result in increased thermal stress on the structural frame, significantly raising the risk of collapse and resulting in substantial material losses and potential human casualties. In this context, approaches combining numerical modeling with experimental testing to assess fire resistance limits are viewed as particularly promising. Given these considerations, there is a growing need to develop and refine effective combined analytical and experimental methods for evaluating the fire protection performance of panel cladding materials used in structural systems. The first chapter presents an overview of modern types of panel materials used to shield structural components from fire exposure, alongside a literature review of scientific publications that investigate their properties and past research outcomes. The second chapter outlines the structure of the experimental procedures, including a description of the testing equipment, the methodology for conducting fire exposure trials, and the numerical modeling of heat transfer processes under fire conditions. The third chapter analyzes temperature distributions within the tested panel samples, compares the recorded values, and documents the time to failure in terms of integrity and thermal insulation. A separate section is dedicated to the algorithm for mathematical calculations using specialized software. The chapter on technical and economic justification compares the costs associated with two types of fire-resistant partitions made with panel materials exhibiting enhanced resistance to high temperatures. Object of the Study: Structural elements clad with panel materials subjected to elevated temperatures typical of fire scenarios. Subject of the Study: Processes governing the fire-protective behavior of panel cladding materials and their capacity to restrict heat transfer and temperature propagation to structural cores. Research Objective: To experimentally determine the fire protection characteristics of the most commonly used panel materials and to compare the results with theoretical predictions. This master's qualification work analyzes the performance of fire-resistant boards made from gypsum and magnesia under high-temperature exposure. Experimental studies were conducted at Lviv Polytechnic National University in a research and teaching laboratory using a fire-testing furnace for building components (Utility Model Patent No. 93911). The study involved analyzing commercially available fire-resistant boards based on gypsum and magnesia. A methodology was proposed for investigating fragments of construction systems with panel cladding under fire-induced thermal effects. The reliability of the findings is confirmed by a satisfactory correlation between experimental data and theoretical simulations. The results provide information on the time until loss of thermal insulation and structural integrity for the tested systems.