Определение пределов огнестойкости строительных конструкций. Практикум

 

 

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ 

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ  
И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ 

 

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ  

АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ 

 

 

 

 

Шубкин Р.Г., Голдобина Л.А., Козлов Д.Ю., Чернушевич Е.В.  

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ  

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 

Практикум 

 

Допущено Министерством Российской Федерации по делам  

гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации  
последствий стихийных бедствий в качестве учебного пособия  
для обучающихся образовательных организаций МЧС России 

 

 

Железногорск 

2022

УДК 624+614.8 
ББК 38.96  

 
 
 

Авторы:  

Шубкин Роман Геннадьевич, канд. техн. наук, 

Голдобина Любовь Александровна, докт. техн. наук, профессор,  

Козлов Дмитрий Юрьевич, старший преподаватель, 

Чернушевич Елена Валерьевна, преподаватель 

 

Рецензенты: 

Приступюк  Дмитрий Николаевич к.т.н.  

(ФГБОУ ВО Академия ГПС МЧС России), 

Ожегов Эдуард Александрович к.т.н.  

(ФГБОУ ВО Уральский институт ГПС МЧС России) 

Наконечный Сергей Николаевич к.х.н. 

(ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России) 
 

 

 

Практикум предназначен для обучающихся по направлению подготовки 

20.03.01 Техносферная безопасность и специальностям 20.05.01 Пожарная безопасность и 40.05.03 Судебная экспертиза. Практикум может быть использован для самостоятельного изучения учебных дисциплин «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» и «Строительные материалы и их поведение в условиях пожара», 
выполнения разделов дипломных проектов и выпускных квалификационных работ, 
а также в практической деятельности специалистов в области обеспечения пожарной безопасности. 

Учебное пособие (Практикум) содержит основные теоретические поло
жения по вопросам огнестойкости строительных конструкций и методики расчета фактических пределов огнестойкости строительных конструкций с учетом изменений внесенных в нормативную литературу; примеры расчета пределов огнестойкости строительных конструкций (металлических, деревянных, железобетонных), варианты индивидуальных заданий и необходимую справочную информацию. 
 

 
 

 

 

ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2022 
Шубкин Р.Г., Голдобина Л.А., Козлов Д.Ю., Чернушевич Е.В. 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОГНЕСТОЙКОСТИ  СТРОИТЕЛЬНЫХ 

КОНСТРУКЦИЙ .................................................................................................. 5 

1.1 Предельные состояния строительных конструкций по огнестойкости ...... 5 

1.2 Последовательность расчетов пределов огнестойкости строительных 

конструкций .......................................................................................................... 7 

1.3 Общие требования и рекомендации по оформлению расчетно-графических 

заданий…………………………………………………………………………….8 

2 ОГНЕСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ....................... 10 

2.1 
Расчет 
предела 
огнестойкости 
незащищенных 
металлических 

конструкций……………………………………………………………………...10 

2.1.1 Статическая часть расчета ........................................................................ 10 

2.1.2 Теплотехническая часть расчета .............................................................. 13 

2.1.3 Примеры расчетов предела огнестойкости несущих конструкций 

пространственного стального каркаса .............................................................. 19 

2.1.3.1 Колонны .................................................................................................. 19 

2.1.3.2 Балки ....................................................................................................... 21 

2.1.3.3 Ферма ...................................................................................................... 22 

3 ОГНЕСТОЙКОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ............................... 27 

3.1 Основы расчета пределов огнестойкости деревянных конструкций ........ 27 

3.1.1 
Определение 
предела 
огнестойкости 
растянутой 
деревянной 

конструкции ........................................................................................................ 31 

3.1.2 Определение предела огнестойкости сжатой деревянной конструкции 32 

3.1.3 
Определение 
предела 
огнестойкости 
изгибаемой 
деревянной 

конструкции ........................................................................................................ 34 

3.2 Примеры расчетов предела огнестойкости деревянных конструкций ...... 36 

3.2.1 Расчет предела огнестойкости растянутой деревянной конструкции .... 36 

3.2.2 Расчет предела огнестойкости сжатой деревянной конструкции ........... 39 

3.2.3 Расчет предела огнестойкости изгибаемой деревянной конструкции ... 47 

4 ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ .................... 58 

4.1 Общие положения по обеспечению огнестойкости железобетонных 

конструкций ....................................................................................................... 58 

4.2 Основные положения теплотехнического расчета железобетонных 

конструкций ....................................................................................................... 59 

4.3 Оценка предела огнестойкости плит и стен по потере теплоизолирующей 

способности ........................................................................................................ 62 

4.4 Статическая часть расчета: расчет предела огнестойкости по потере 

несущей способности......................................................................................... 64 

4.4.1 Статически определимые конструкции ................................................... 70 

4.4.1.1 Плоские изгибаемые элементы (плиты, настилы, панели) .................. 70 

4.4.1.2 Стержневые изгибаемые элементы (балки, прогоны, ригели) ............ 77 

4.4.1.3 Сжатые элементы ................................................................................... 78 

4.5 Оценка предела огнестойкости по целостности ......................................... 83 

4.6 Примеры расчетов предела огнестойкости несущих конструкций 

пространственного железобетонного каркаса .................................................. 86 

4.6.1 Расчет предела огнестойкости колонны .................................................. 86 

4.6.2 Расчет предела огнестойкости балки ..................................................... 101 

4.6.3 Расчета предела огнестойкости многопустотной плиты перекрытия .. 108 

ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................ 123 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................ 149 

ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................ 162 

ПРИЛОЖЕНИЕ В1 .......................................................................................... 174 

ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................. 179 

 

 
 

1 
ОБЩИЕ 
СВЕДЕНИЯ 
ОБ 
ОГНЕСТОЙКОСТИ  

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 

Огнестойкость строительной конструкции - способность строитель
ной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в усло
виях пожара [1]. 

Если объект имеет недостаточную огнестойкость, то есть неспособен со
противляться воздействию пожара в течение необходимого времени, то вся 

система противопожарной защиты здания или сооружения может стать неэф
фективной. 

В связи с этим оценка огнестойкости строительных объектов – обяза
тельный и важный элемент процесса строительного проектирования зданий и 

сооружений. 

1.1 Предельные состояния строительных конструкций по огнестой
кости 

Количественной характеристикой огнестойкости конструкций является 

предел огнестойкости - промежуток времени от начала огневого воздействия 

в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных 

для данной конструкции предельных состояний [2]. 

Предельное состояние конструкции по огнестойкости – состояние кон
струкции, при котором она утрачивает способность сохранять несущие и/или 

ограждающие функции в условиях пожара [3, 4]. 

Различают три признака наступления предела огнестойкости строитель
ных конструкций (или три предельных состояния строительной конструкции 

по огнестойкости) [3]: 

- предел огнестойкости по потере несущей способности (R) – предель
ное состояние несущей строительной конструкции при пожаре вследствие ее 

обрушения или возникновения предельных деформаций; 

- предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности (I) - 

предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструк
ции при пожаре вследствие повышения температуры на необогреваемой по
верхности конструкции в среднем более чем на 140 °С, или в любой другой 

точке этой поверхности более чем на 180 °С в сравнении с температурой кон
струкции до испытания, или более 220 °С независимо от температуры кон
струкции до испытания; 

- предел огнестойкости по потере целостности (Е) – предельное состо
яние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре в 

результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через 

которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или 

пламя. 

В зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и 

сооружений предельные состояния строительных конструкций по огнестойко
сти нормируют следующим образом [2]: 

- для колонн, балок, ферм, арок и рам учитывается только потеря несу
щей способности конструкций и узлов – R; 

- для наружных стен и покрытий – потеря несущей способности и це
лостности – RE; 

-  для несущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирую
щей способности и целостности – EI; 

- для несущих внутренних стен и перекрытий - потеря несущей способ
ности, целостности и теплоизолирующей способности – REI. 

Обозначение предела огнестойкости строительных конструкций состоит 

из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных 

состояний, и числа, соответствующего времени достижения одного из этих со
стояний (по времени), в минутах.  

Например: 

- R 120 – предел огнестойкости 120 минут – по потере несущей способ
ности; 

- RE 60 – предел огнестойкости 60 минут – по потере несущей способно
сти и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состо
яний наступит раньше; 

-  REI 30 – предел огнестойкости 30 минут – по потере несущей способ
ности, целостности и теплоизолирующей способности независимо от того, ка
кое из трех предельных состояний наступит раньше. 

Если для конструкций нормируются (или устанавливаются) различные 

пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, то обозначе
ние предела огнестойкости может состоять из двух или трех частей, разделен
ных между собой наклонной чертой.  

Например:  

- R 120/EI 60 – предел огнестойкости 120 минут по потере несущей спо
собности, предел огнестойкости 60 минут по потере целостности или тепло
изолирующей способности независимо от того, какое из двух последних пре
дельных состояний наступит раньше. 

Пределы огнестойкости запроектированных или реально существую
щих конструкций принято называть фактическими, а нормируемые – требуе
мыми и обозначать, соответственно, через Пф и Птр. 

Требование безопасности считается выполненным при соблюдении 

условия Пф > Птр. 

Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций опреде
ляются в зависимости от требуемой степени огнестойкости здания в соответ
ствии с действующими нормативными документами [1, 2]. 

1.2 Последовательность расчетов пределов огнестойкости строи
тельных конструкций 

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций опре
деляются двумя способами: проведением огневых испытаний (эксперимен
тально) и путем выполнения расчетов. 

Расчетный метод определения предела огнестойкости строительных 

конструкций обладает преимуществом перед экспериментальным, так как от
падает необходимость проводить сложные, дорогостоящие испытания кон
струкций в натуральную величину [5]. Тут же следует отметить и его недо
статки – расчетный метод менее точен, не позволяет определить значение пре
дела огнестойкости по потере целостности (Е). Иначе проведение натурных 

испытаний со стандартным температурным режимом не имеет смысла. 

Расчет предела огнестойкости строительной конструкции сводится к ре
шению двух задач: теплотехнической и статической. 

Решение теплотехнической задачи позволяет определить температуру в 

сечении конструкции в процессе воздействия на нее стандартного температур
ного режима. Для решения используют уравнение нестационарной теплопро
водности твердого тела с учетом изменения теплофизических характеристик 

строительных материалов с ростом температуры. В результате решения этой 

задачи для ограждающих конструкций оценивается их теплоизолирующая 

способность. 

Статическая задача позволяет определить предел огнестойкости по по
тере несущей способности конструкции. Эта задача решается с помощью урав
нений предельного равновесия и деформаций с учетом изменения физико-ме
ханических характеристик строительных материалов конструкции в зависимо
сти от температуры, определенной теплотехническим расчетом. 

 

1.3 Общие требования и рекомендации по оформлению расчетно
графических заданий 

Расчетно-графические задания (задачи для самостоятельного решения) 

выполняются с целью изучения теоретических вопросов поведения строитель
ных конструкций при пожаре и освоения методики расчета фактических пре
делов огнестойкости строительных конструкций, находящих применение в 

практической деятельности специалистов пожарной охраны. 

Обучающиеся решают задачи по определению пределов огнестойкости 

конструкций, выполненных из металла, древесины, железобетона. 

Индивидуальные задания (варианты) приведены в Приложениях А, Б, В, 

В1 данного учебного пособия, и назначаются преподавателем. 

Работу необходимо выполнять в тетрадях для практических работ. 

Текст работы должен быть аккуратно оформлен, написан разборчиво 

шариковой или гелевой ручкой. Иллюстрации (схемы, рисунки, графики) вы
полняются карандашом. Рисунок должен иметь название, а в случае необхо
димости и подрисуночную надпись, которая располагается выше названия ри
сунка (пример оформления рисунка и подрисуночной надписи см. в данном 

учебном пособии). На иллюстрации должны быть показаны все необходимые 

размеры и обозначения. Решения задач должны содержать необходимые пояс
нения и промежуточные вычисления.  

На обложке тетради следует указать наименования учебного заведения, 

факультета, кафедры, дисциплины, фамилию и инициалы слушателя, курс, но
мер группы и номер варианта задания. 

Обучающийся получает зачет при правильно выполненных заданиях и 

ответах на вопросы по теме.  

Работа считается не зачтенной в следующих случаях: 

- работа выполнена не самостоятельно; 

- работа выполнена не полностью; 

- работа выполнена не качественно и содержит грубые ошибки; 

- работа выполнена не в соответствии с выданным вариантом. 

Не зачтенная работа возвращается обучающемуся. В этом случае необ
ходимо выполнить работу заново либо сделать соответствующую доработку и 

представить на повторную проверку работу вместе с ранее представленным 

вариантом ее выполнения. 

Работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется и обратно 

не возвращается.  

2 ОГНЕСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ 

2.1 Расчет предела огнестойкости незащищенных металлических 

конструкций 

Огнестойкость несущих металлических конструкций утрачивается 

вследствие снижения при нагреве прочности и упругости металла, а также за 

счет развития его пластических и температурных деформаций. 

Под воздействием этих факторов предел огнестойкости конструкции 

наступает в результате потери прочности или за счет потери устойчивости. 

Тому и другому случаю соответствует критическая температура прогрева се
чения конструкции или ее отдельного элемента в условиях пожара - tcr, которая 

зависит в общем случае от вида конструкции, ее размеров, марки металла, 

схемы опирания и рабочей (нормативной) нагрузки. 

Задача определения предела огнестойкости металлических конструк
ций, как и других несущих элементов, состоит из двух частей: статической и 

теплотехнической.  

Расчет критической температуры составляет содержание статической 

(прочностной) задачи определения предела огнестойкости металлических кон
струкций. Теплотехническая часть расчета огнестойкости этих конструкций 

сводится к определению времени нагрева металла до заданной критической 

температуры. 

Расчет огнестойкости металлических конструкций целесообразно начи
нать со статической части, т.е. с определения критических температур. После 

чего выполняется теплотехнический расчет, позволяющий определить время 

нагрева конструкции до критической температуры, т.е. ее предел огнестойко
сти Пф. 

2.1.1 Статическая часть расчета 

Учитывая особенность металлических конструкций (распределение тем
пературы по их сечению принимается равномерным), для них можно, не опре
деляя кривую снижений несущей способности, сразу вычислить критическую 

температуру в сечении, вызывающую потерю несущей способности. 

Критическая температура определяется в зависимости от коэффициента 

𝛾𝑡𝑒𝑚, учитывающего снижение прочности стали под действием высокой тем
пературы, который вычисляют [6]: 

- для изгибаемых элементов с учетом развития пластических дефор
маций: 

                                                  𝛾𝑡𝑒𝑚 =

𝑀𝑛

с∙𝑊𝑛∙𝑅𝑦𝑛,                                                  (2.1) 

где 𝑀𝑛 – изгибающий момент от нормативной нагрузки, Н·м; 

𝑅𝑦𝑛– нормативное сопротивление конструкционных прокатных сталей, при
нимаемый равным значению предела текучести по национальным стандартам 

и техническим условиям на сталь, Па; 

𝑊𝑛– момент сопротивления сечения, м3; 

с – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций. Вели
чину коэффициента с в зависимости от сечения конструкции следует прини
мать равным: 

- для двутавра и швеллера – 1,12; 

- для трубы – 1,26; 

- для таврового сечения, выполненного из листов или уголков – 1,6; 

- для квадратного сечения – 1,5;  

- для центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов (из 

условия прочности): 

                                               𝛾𝑡𝑒𝑚 =

𝑁𝑛

𝐴𝑛∙𝑅𝑦𝑛,                                                    (2.2) 

где Nn – усилие растяжения или сжатия от действия нормативных нагрузок, Н; 

А𝑛 – площадь расчетного сечения, м2. 

При известных значениях коэффициента 𝛾𝑡𝑒𝑚можно определить значе
ние температуры нагрева стали t или критической температуры 𝑡𝑐𝑟 для пре
дельного состояния конструкции, находящейся в условиях пожара. 

Вычислив коэффициент 𝛾𝑡𝑒𝑚, по графикам или по эмпирическим фор
мулам определяют критическую температуру:                   

- при   𝛾𝑡𝑒𝑚 <0,6 → tcr = 750 – 440 𝛾𝑡𝑒𝑚,                                             (2.3)                          

- при  𝛾𝑡𝑒𝑚 ≥ 0,6→ tcr = 1330(1 – 𝛾𝑡𝑒𝑚);                                             (2.4) 

 

- для центрально-сжатых стальных элементов (в результате потере 

устойчивости за счет снижения модуля упругости, роста деформаций тем
пературной ползучести металла и его температурного расширения) крити
ческая температура 𝑡𝑐𝑟 определяется по критическим деформациям   𝜀п. 

Значение 𝛥𝜀п для центрально-сжатых стержней определяется по следу
ющей формуле: 

 ∆𝜀п =

𝜋2

2 −

𝑛
 ,                                                  (2.5) 

где   - число, равное  3,14; 

 - максимальная гибкость элемента; 

𝜎𝑛   - напряжение в сечении от действия нормативной нагрузки; 

E – модуль упругости прокатной стали (Е=2,06 ·105Н/мм2, см. таблицу Б.1 СП 

16.13330.2017) [7]. 

 

Расчетные параметры    и 𝜎𝑛  соответственно определяются по форму
лам: 

 = 

𝑙0

𝑖𝑚𝑖𝑛 ,                                                          (2.6) 

𝜎𝑛 = 

𝑁𝑛
𝐴𝑛 ,                                                          (2.7) 

где  𝑙0 - расчётная длина элемента, мм: 

                                                      𝑙0 =  𝑙,                                                          (2.8) 

 

где  - коэффициент, учитывающий характер закрепления опор сжатого эле