Аналіз глибини обвуглювання елементів каркасних дерев'яних будинків

Abstract

Дослідження сучасних підходів у сфері малоповерхового житлового будівництва засвідчило активне поширення каркасно-щитового типу дерев’яних будинків, які характеризуються низкою експлуатаційних переваг. Проте важливою проблемою таких об’єктів залишається обмежена здатність протистояти впливу відкритого вогню. Хоча у фаховій літературі чимало уваги приділено питанням підвищення вогнестійкості деревини, на сьогодні залишається актуальною потреба у випробуваннях реальних зразків у режимах, максимально наближених до пожежного навантаження. Значення набуває й те, що використовувані у роботі вогнезахисні склади є доступними у торговельній мережі та застосовуються в індивідуальному будівництві. У першому розділі представлено типологічну характеристику конструкцій каркасного типу, що виготовляються з деревини, а також систематизовано наявні засоби вогнезахисту, проаналізовано вимоги до антипіренів і наведено результати огляду відповідних наукових праць, присвячених даній тематиці. Другий розділ присвячено опису методичних засад експерименту, характеристики випробувального обладнання — зокрема, вогнетривкої печі — та особливостей формування дослідних зразків і їх монтажу для подальших теплових навантажень. У третій частині наведено результати як практичних випробувань, так і теоретичних розрахунків. Побудовано температурні криві, що відображають тепловий розподіл у дерев’яних елементах у процесі обвуглювання. Також здійснено чисельне моделювання процесу втрати цілісності як у зовнішній обшивці, так і в каркасних стійках. Четвертий розділ містить аналіз витрат на оброблення конструкцій вогнезахисними речовинами різних типів. Проведено техніко-економічне зіставлення двох підходів, що дозволило визначити більш доцільний з позицій економічної ефективності варіант. Об’єктом вивчення виступають фрагменти каркасно-щитового дерев’яного домобудування, піддані дії високих температур. Предмет досліджень охоплює характеристику ефективності сучасних захисних покриттів, орієнтованих на зниження горючості деревини. Метою дослідження є аналіз глибини обвуглювання елементів каркасних дерев’яних будинків з врахуванням обробки антипіренами. У межах магістерського дослідження проаналізовано особливості теплової дії на дерев’яні конструктивні елементи з покриттям вогнезахисними складами, визначено їх вплив на швидкість обвуглювання, а також оцінено економічну доцільність використання різних захисних технологій при збереженні декоративних властивостей деревини.An analysis of current trends in low-rise residential construction reveals a growing prevalence of timber frame-panel houses, which offer several performance advantages. However, a major concern with such structures remains their limited resistance to fire exposure. While the scientific literature extensively addresses the issue of enhancing timber fire resistance, there remains a pressing need for applied research involving real-life structural elements tested under thermal loads that closely replicate fire conditions. It is also notable that the fire-retardant compounds examined in this study are commercially available and commonly used in private construction projects. The first chapter provides a typological overview of timber frame structures, presents a classification of fire-retardant treatments, outlines requirements for fire protection agents, and summarizes findings from previous academic studies focused on timber fire safety. The second chapter describes the methodology adopted for experimental investigations, including a detailed account of the test furnace used, as well as the procedure for preparing and assembling the test samples subjected to thermal exposure. In the third chapter, the results of both experimental trials and numerical simulations are presented. Temperature distribution curves illustrating the heat transfer and charring progression within wooden elements are provided. The section also includes computational models used to assess the degradation of exterior cladding and frame components. The fourth chapter offers a cost analysis of different types of fire-retardant treatments applied to timber structural systems. A comparative economic evaluation of two protective strategies was performed to identify the most efficient solution in terms of cost-effectiveness. Object of the study: Structural wall fragments of timber frame-panel housing exposed to elevated temperatures. Subject of the study: Assessment of the efficiency of modern fire-retardant coatings for timber elements. Purpose of the research: To analyze the depth of charring in wooden structural components of framed buildings treated with fire protection agents. This master’s thesis explores the thermal behavior of timber construction elements treated with fire-retardant compounds. The study evaluates their influence on charring rates and assesses the cost-benefit aspects of employing various fire protection technologies while preserving the aesthetic qualities of wooden surfaces.