ОБЗОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСЧЕТА ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ ПОЖАРОВ

MATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXES

https://doi.org/10.22227/PVB.2020.29.03.44-53 оригинальная статья / original paper

УДК 614.849

Обзор программного обеспечения расчета огнестойкости строительных конструкций для различных моделей пожаров

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26)

АННОТАЦИЯ

Введение. При анализе пожарной безопасности объекта проверяется соответствие фактических пределов огнестой- кости конструкций требованиям нормативных документов. Из-за сложности уравнений, описывающих реальные си- стемы, и большого числа итераций, необходимых для получения точных результатов, расчеты проводятся с использо- ванием программного обеспечения. Одной из основных целей работы является анализ программного обеспечения расчета огнестойкости строительных конструкций для различных моделей пожаров. В работе представлены анализ критериев оценки программ и их классификации, оценка рекомендаций по выбору программного обеспечения для решения задач пожарной безопасности, которое соответствует конкретным потребностям пользователей.

Основная (аналитическая) часть. В работе проанализированы различные модели пожаров, учитывающие стадии раз- вития пожара, тепловые и механические воздействия на конструкции в условиях пожара, и предпосылки их использо- вания в программах для расчета огнестойкости строительных конструкций. Рассмотрены модели расчета огнестойко- сти конструкций, зонные и полевые модели, а также используемые при решении сопутствующих задач модели расчета времени эвакуации и времени срабатывания детекторов. Проанализирована классификация расчетных комплексов по типу решаемых задач: для оценки поведения конструкции при высокотемпературном и механическом воздей- ствии в условиях реального пожара и для определения требований, которым должны соответствовать безопасные конструкции. Рассмотрены определенные предположения и допущения, необходимые специалистам для выполнения вычислений в программных комплексах.

Выводы. Представлены рекомендации по выбору программного обеспечения для решения задач пожарной безопас- ности, которое соответствует конкретным потребностям пользователей.

Ключевые слова: устойчивость строительной конструкции; огнесохранность объекта; высокотемпературные воздей- ствия; пожарная безопасность; нормирование в строительстве; зарубежный опыт

Для цитирования: Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А. Обзор программного обеспечения расчета огнестойкости строи- тельных конструкций для различных моделей пожаров // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020.

Т. 29. № 3. С. 44–53. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.03.44-53

Еремина Татьяна Юрьевна, e-mail: main@stopfire.ru

Overview of software designated for the analysis of fire resistance of building structures exposed to various fire models

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

(Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation)

ABSTRACT

Introduction. When analyzing the fire safety of a facility, the conformity of actual limits of fire resistance of structures to the requirements of statutory documents is checked. Due to the complexity of the equations describing real systems and an extensive number of iterations required to obtain accurate results, software is used to perform calculations. One of the main goals of the paper is to analyze the software designated for the analysis of the fire resistance of building structures in case of different fire models. The paper presents an analysis of the criteria for the evaluation of software programs and their classification, evaluation of recommendations for choosing fire safety software in compliance with the specific requirements of users.

Main (Analytical) Part. The paper analyzes various models of fires, taking into account the stages of fire spread, thermal and mechanical effects on structures exposed to fire, and prerequisites for their use by the software designated for the analysis of the fire resistance of building structures. Fire resistance models of structures, zone and field models, as well as models used to calculate evacuation time and detector response time when solving related problems are considered. The classification of software programmes is analyzed subject to the type of problems to be solved: the behavior of a structure

44 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 VOL. 29 NO. 3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

exposed to high temperatures and mechanical impacts in case of real fire, and requirements applicable to safe structures.

Certain estimates and assumptions, necessary for specialists to use software in their calculations, are considered.

Conclusions. Recommendations on the choice of fire safety assurance software, meeting the specific needs of users, are provided.

Keywords: stability of a building structure; fire resistance of a facility; high temperature exposure; fire safety; regulation in the construction industry; international experience

For citation: Eremina T.Yu., Korolchenko D.A. Overview of software designated for the analysis of fire resistance of build- ing structures exposed to various fire models. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2020; 29(3):44-53.

DOI: 10.22227/PVB.2020.29.03.44-53

Tatyana Yuryevna Eremina, e-mail: main@stopfire.ru

Введение                                         возгорание;
●●   высокотемпературное воздействие (в зависи-
Компьютерное моделирование теплопереноса и за-
мости от пожарной нагрузки объекта);
дымления при пожаре широко используется при ре-
●● поведение конструкций под нагрузкой при вы-
шении различных задач пожарной безопасности.
сокотемпературном воздействии;
Компьютерные ресурсы позволяют задействовать бы-
●● поведение под воздействием критического те-
стрые и точные методы вычислений с использованием
плового потока либо высокотемпературного
обширной базы данных –– результатов экспериментов                         воздействия, способствующих созданию избы-
и исследований. Такое моделирование должно учи-                           точных напряжений, приводящих в том числе
тывать также изменения нормативных документов.                            к взрывообразному разрушению;
Программные комплексы постоянно развиваются                          ●● механическая деформация (напряжение) кон-
и обновляются, что с использованием более обшир-                          струкций;
ной базы данных о пожарах позволяет получить бо-                     ●● возможное обрушение.
лее точный прогноз изменения нужных параметров.                           При проверке безопасности необходимо чет-
Одним из важных аспектов при анализе по-                         ко определить требования, которым должна соот-
жарной безопасности объектов является исполь-                        ветствовать конструкция. Обычно эти требования
зование надежных методик расчета огнестойкости                       определяются в зависимости от времени. В каждой
конструкций. Известно, что конструкция с фактиче-                    стране существуют нормы и правила, содержащие
ским пределом огнестойкости сохраняет свою несу-                     эти требования (предписывающие требования), раз-
щую функцию в течение периода времени, необхо-                       работаны различные методологии их определения
димого для обеспечения безопасности:                                 [9–11].
Rf > Rreq,                                     Для расчета таких требуемых параметров,
как устойчивость конструкции в условиях пожа-
где Rf — фактическое значение предела огнестойко-                    ра и устойчивость, обеспечивающая безопасность,
сти конструкции;                                                разработано множество программных комплексов2
Rreq — требуемое значение предела огнестойко-                   [12–16]. Важным аспектом каждого комплекса яв-
сти конструкции.                                                ляется используемая при расчете модель развития
В международной практике на протяжении                          пожара.
20 лет разрабатывались различные варианты про-                            Модель пожара описывает все стадии развития
граммного обеспечения расчета предела огнестой-                      пожара –– от возгорания до эвакуации и разрушения
кости строительных конструкций для различных мо-                     конструкции (а не только процессы развития пожара
делей пожаров [1–8]. Методы, на которых основаны                     и распространения дыма). Все модели могут быть
эти программные комплексы, отражены в Еврокодах1                     разбиты на экспериментальные и математические
и учитывают различные стадии развития пожара:                        [17, 18]. Математические модели представляют со-
бой систему уравнений, описывающих события,
Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций.                   связанные с пожаром. Эти модели рассматриваются
Часть 1–2. Общие правила определения огнестойкости (Eu-              в данной работе.
rocode 3 (ENV 1993-1-2): Design of steel structures. Part 1–2:            Цель работы — анализ программного обеспе-
General rules. Structural fire design).
Еврокод 4. Проектирование несущих конструкций из стали
чения расчета предела огнестойкости строительных
и бетона. Часть 1-1. Общие правила и правила для зданий,             конструкций для различных моделей пожаров. Для
Часть 1-2. Общие правила. Расчет параметров с учетом ог-             этого необходимо провести анализ критериев оценки
нестойкости. (Eurocode 4: Design of composite steel and con-         программ и их классификации, анализ рекомендаций
crete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings
(EN 1994-1-1), Part 1-2: General rules — Structural fire design
ANSYS Fluent Tutorial Guide. Canonsburg : ANSYS, Inc.,
(EN 1994-1-2)).                                                      2011. URL: http://www.ansys.fem.ir/ansys_fluent_tutorial.pdf

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 ТОМ 29 № 3

MATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXES

Таблица 1. Тепловые модели пожара

Table 1. Thermal models of fire

Требования стандартов (Еврокодов)                                 Виды моделей
Standard requirements (Eurocodes)                                 Model types

Предписывающие требования в виде номинальных кривых Стандартные кривые «температура–время»

«температура–время» Графики наружных пожаров

Prescriptive requirements in the form of nominal temperature-time curves Углеводородные графики

Standard temperature-time curves

External fire graphs

Hydrocarbon graphs

Требования с учетом фактических характеристик реальных пожаров Упрощенные модели пожара:

Requirements based on actual characteristics of real fires – пожаров в помещениях

– локализованных пожаров

Simplified fire models:

– indoor fires

– сontained fires

Усовершенствованные модели пожара:

– зонная модель

– полевая модель

Advanced fire models:

– zone model

– field model

по выбору программного обеспечения для решения           моделей, соответствующие областям их примене-
задач пожарной безопасности, которое соответствует       ния, такие как модели расчета огнестойкости кон-
конкретным потребностям пользователей.                   струкции или показаний пожарных детекторов (те-
пловых или дымовых). С учетом этих особенностей
Аналитическая часть.
классификация областей применения моделей [1]
Математические модели для решения задач
выглядит следующим образом:
пожарной безопасности
●● модели расчета огнестойкости конструкций,
Математические модели подразделяют на детер-        ●● зонные модели,
минированные и статистические. Первые регулиру-          ●● полевые модели,
ются физическими и химическими законами и зако-          ●● модели расчета времени эвакуации,
нами термодинамики; в то время как статистические        ●● модели расчета времени срабатывания детек-
представляют собой прогнозы событий. Из-за слож-             торов.
ности этих уравнений и большого числа итераций,              Количество областей применения было сокра-
необходимых для получения точных результатов,            щено до пяти, с объединением зонных и полевых
необходимо использовать программное обеспечение.         моделей в более общую группу под названием «Те-
Для оценки программного обеспечения его             пловые модели пожара». Таким образом, получает-
классификация принимается в зависимости от клас-         ся классификация в зависимости только от области
са задач, которые оно решает (область применения         применения программного обеспечения, а не от ма-
программного обеспечения).                               тематического метода, используемого для решения
различных задач.
Классификация моделей пожара
В этой классификации можно выделить две
Международный опыт подсказывает необхо-              разные группы –– по типу решаемых задач:
димость создания новой классификации программ-           ●● оценка поведения конструкции при высокотем-
ного обеспечения, учитывающей ранее разрабо-                 пературном и механическом воздействии в ус-
танные классификации программного обеспечения                ловиях реального пожара (R);
пожарной безопасности. Наиболее распространен-           ●● определение требований, которым должны со-
ные программы описывают распространение дыма                 ответствовать конструкции для обеспечения
и теплоперенос в помещениях. Известно, что эти               безопасности в случае пожара (с использовани-
программы используют зонные и полевые модели2                ем модели эвакуации, модели показаний детек-
[6–8, 12–16]. Но существуют также и другие типы              торов, смешанных моделей).

46 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 VOL. 29 NO. 3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

Таблица 2. Программное обеспечение на основе упрощенных тепловых моделей пожара

Table 2. Software based on simplified thermal fire models

Программное обеспечение          Страна                                        Краткое описание
Software                  Country                                          Description

DIFISEK-CaPaFi Люксембург Расчет температуры в стальном элементе конструкции (от одного до пяти

Luxembourg местных источников огня). Основано на Еврокоде 1, часть 1–2 и Евро- коде 3, часть 1–2

Calculation of the temperature in a steel construction element (one to five local fire sources). Based on Eurocode 1, part 1-2, and Eurocode 3, part 1-2

DIFISEK-EN 1991-1-2 Люксембург Расчет параметрических кривых «температура–время» в отсеке и темпе-

Luxembourg ратуры защищенного и незащищенного стального элемента. Основано на Еврокоде 1, часть 1–2 (приложение A) и Еврокоде 3, часть 1–2

Analysis of temperature-time parameter curves of protected and unprotected steel elements. Based on Eurocode 1, part 1-2 (appendix A) and Eurocode 3, part 1-2

DIFISEK-TEFINAF Люксембург Расчет температур стальных ферм перекрытия в зависимости от времени

Luxembourg и расстояния до источника огня, основано на отчете EUR 18868 «Разра- ботка правил проектирования стальных конструкций в условиях есте- ственных пожаров в больших отсеках»

Calculation of temperatures of steel floor trusses depending on time and dis- tance to the source of fire, based on report EUR 18868 “Development of de- sign rules for steel structures exposed to natural fires in large compartments”

Parametrická teplotní Чехия Параметрическая температурная кривая при пожаре в помещении křivka Czech Republic Parameter temperature curve for an indoor fire

Přestup tepla Чехия Расчет температуры стальных элементов при пожаре с использованием

Czech Republic Еврокода 3, часть 1–2. Можно использовать стандартную, углеводород- ную или параметрическую кривую

Calculation of the temperature of steel elements exposed to the fire using Eu- rocode 3, part 1-2. Standard, hydrocarbon or parameter curves can be used

Тепловые модели пожара                                          температур конструкций. В этих моделях для по-
Зарубежными экспертами разработаны различ-                          жаров в помещениях предполагается равномерное
ные типы программного обеспечения для оценки                            распределение температуры, а для локализованных
поведения конструкций при высокотемпературном                           пожаров — неравномерное. Различные виды про-
воздействии при пожаре. При разработке использо-                        граммного обеспечения на основе упрощенных те-
ван Еврокод 13, описывающий тепловые и механи-                          пловых моделей пожаров представлены в табл. 2.
ческие воздействия для расчета конструкции зда-                             Усовершенствованные
ний в условиях пожара.                                                      тепловые модели пожара
Таким образом, тепловые модели пожаров мож-
но разделить на следующие группы:                                            Зонная модель — это компьютерная модель,
●● упрощенные тепловые модели: модели пожа-                             для создания которой исследуемое помещение де-
ров в помещениях и локализованных пожаров;                          лится на различные контрольные объемы или зоны.
●● усовершенствованные тепловые модели: зон-                            В наиболее распространенных зонных моделях по-
ные и полевые модели.                                               мещение разделено на две зоны: верхнюю горячую
и нижнюю холодную. Частным случаем зонных мо-
Упрощенные тепловые модели пожаров
делей являются модели с одной зоной, основанные
Эти модели имеют ограниченную область при-                          на том предположении, что границы между зонами
менения, но могут быть использованы для расчета                         нет, и помещение можно рассматривать как объем
с однородными свойствами. Некоторые зонные мо-
Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1–2. Общие воз-
действия. Воздействия для определения огнестойкости (Euro-              дели имеют возможность переключения с двухзон-
code 1: Actions on structures –– Part 1-2: General actions –– Actions   ной модели на однозонную при достижении требу-
on structures exposed to fire).                                         емых условий.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 ТОМ 29 № 3

MATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXES

Чтобы иметь возможность использовать урав-            Выходные данные представляют собой пара-
нения, которые являются основой этих моделей,          метры распространения дыма и теплопереноса,
пожарный эксперт должен сделать несколько до-          прогноз времени срабатывания спринклера и по-
пущений. Многие из этих допущений основаны             жарного извещателя, времени до пожара-вспышки,
на результатах экспериментов. Основные предпо-         температуры, скорости распространения и высоты
ложения:                                               слоя дыма.
●● дымовой слой распределяется на два отдель-              Вычисления с использованием моделей CFD
ных слоя (как это происходит на реальных по-      требуют большого количества времени, но модели
жарах). Слои также предполагаются однород-        CFD могут использоваться для помещений со слож-
ными (что не соответствует действительности,      ной геометрией (например, изогнутые стены). Мо-
но различия внутри каждого слоя настолько         делирование CFD широко применяется и в других
малы по сравнению с различиями между слоя-        областях (например, механика, авиакосмическая
ми, что в результате это предположение являет-    промышленность и т.д).
ся приемлемым);                                       Программное обеспечение с использовани-
●● конвективная струя осуществляет перенос теп-        ем моделей CFD также анализирует теплопере-
ла и частиц дыма в верхнюю зону;                  нос и распространение дыма в условиях пожара
●● большая часть пожарной нагрузки помещения           и в результате определяет температуру элементов
не учитывается в расчете;                         конструкции.
●● теплоперенос рассматривается для границ по-
Модели для расчета
мещения, а не его внутреннего содержимого.
огнестойкости конструкций
Входными данными для создания модели яв-
ляются геометрия помещения, конструкции поме-               Эти модели имитируют поведение строитель-
щения (включая все стены, полы и потолки), коли-       ных конструкций здания в условиях пожара. Их ис-
чество вентиляционных отверстий и их размеры,          пользование позволяет определить время обруше-
характеристики пожарной нагрузки помещения.            ния конструктивных элементов.
Выходные данные представляют собой прогноз             Как и в случае тепловых моделей пожара, суще-
времени активации спринклера и пожарного изве-         ствуют различные типы программного обеспечения
щателя, времени до пожара-вспышки, температур          в зависимости от метода, используемого для оценки
верхнего и нижнего слоев, высоты слоя дыма.            поведения конструкции в условиях пожара. Для их
С помощью программного обеспечения, моде-         классификации применяются Еврокоды 1 и 3.
лирующего теплоперенос и распространение дыма,              Таким образом, программные комплексы с ис-
определяют температуру газа, чтобы на следующем        пользованием модели огнестойкости конструкции
этапе спрогнозировать температуру элементов кон-       также могут быть разделены на упрощенные и усо-
струкции.                                              вершенствованные программные средства опреде-
В полевой модели исследуемый объект разби-        ления огнестойкости конструкции.
вается на трехмерную сетку –– множество элемен-             Входными данными обычно являются свойства
тарных контрольных объемов. Эти контрольные            материала и граничные условия элементов кон-
объемы аналогичны тем, которые используются            струкции (включая пожарные нагрузки).
при моделировании зон, однако там, где зонная мо-           Выходные данные представляют собой время
дель может иметь две или три зоны, модель CFD          обрушения, интенсивность нагрузки и величину
(computational fluid dynamics) будет иметь сотни ты-   смещения конструкции [19].
сяч контрольных объемов.                                    Упрощенные модели расчета огнестойкости
Моделирование CFD решает дифференциаль-           конструкций (табл. 3) рассчитывают структурное
ные уравнения (уравнения Навье-Стокса) для каж-        поведение элементов индивидуально, рассматри-
дого контрольного объема. Этот подход намного          вая каждый структурный элемент изолирован-
сложнее и требует больше времени для расчетов,         но от остальной части конструкции, и основаны
но позволяет реализовать более сложную геоме-          на упрощенных методах. Некоторые из них включе-
трию объекта.                                          ны в зонные или полевые модели.
Входными данными являются геометрия поме-              Усовершенствованные модели расчета ог-
щения, конструкции помещения (включая все сте-         нестойкости конструкций (табл. 4) могут пред-
ны, полы и потолки), количество вентиляционных         ставлять структуру частично или целиком, в стати-
отверстий и их размеры, характеристики пожарной        ческом или динамическом режимах и определять
нагрузки, реакции горения и продуктов сгорания,        время возможного разрушения всего здания. Эти
параметры турбулентности и излучения.                  программы используют метод конечных элементов.

48 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 VOL. 29 NO. 3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

Таблица 3. Программное обеспечение на основе упрощенных моделей огнестойкости конструкций

Table 3. Software based on simplified models of fire resistance of structures

Программное

Страна Краткое описание обеспечение

Country Description

Software

AFCB                Люксембург Расчет огнестойкости композитных балок в соответствии с Еврокодом 4
Luxembourg Analysis of fire resistance of composite beams according to Eurocode 4
AFCC                Люксембург
Luxembourg
CIRCON              Канада           Расчет огнестойкости железобетонных балок с круглым поперечным сечением
Canada           Analysis of fire resistance of reinforced concrete beams having round cross sections
COFIL               Канада           Расчет огнестойкости пустотелых стальных профилей с заполнением неармирован-
Canada           ным бетоном
Analysis of fire resistance of hollow steel profiles filled with unreinforced concrete
Elefir-EN           Португалия       Расчет огнестойкости стальных конструкций в соответствии с англоязычной версией
Бельгия          Еврокода 3
Portugal         Analysis of fire resistance of steel structures according to the English language version of
Belgium          Eurocode 3
Elefir              Бельгия          Расчет огнестойкости стальных конструкций в соответствии с Еврокодом 3
Belgium          Analysis of fire resistance of steel structures according to Eurocode 3
H-Fire              Германия         Расчет огнестойкости композитных элементов в условиях пожара с использованием
Germany          моделей на основе Еврокода 4, часть 1–2
Analysis of fire resistance of composite elements exposed to fire using models based on
Eurocode 4, part 1-2
INSTAI              Канада           Расчет огнестойкости пустотелых стальных балок круглого поперечного сечения
Canada           с теплоизоляционным покрытием
Analysis of fire resistance of round cross-section hollow steel beams having thermal
insulation coating
INSTCO              Канада           Расчет огнестойкости трубчатого стального профиля круглого поперечного сечения
Canada           с бетонным заполнением
Analysis of fire resistance of tubular steel round cross-section profile with concrete filling
POTFIRE             Франция          Расчет огнестойкости пустотелых профилей с заполнением бетоном в соответствии
France           с Еврокодом 4
Analysis of fire resistance of hollow profiles filled with concrete in accordance with
Eurocode 4
RCCON               Канада           Расчет огнестойкости железобетонных балок с прямоугольным поперечным сече-
Canada           нием
Analysis of fire resistance of reinforced concrete beams having a rectangular cross section
RECTST              Канада           Расчет огнестойкости пустотелых стальных балок прямоугольного поперечного се-
Canada           чения с теплоизоляционным покрытием
Analysis of fire resistance of hollow steel beams having a rectangular cross section and
thermal insulation coating
SQCON               Канада           Расчет огнестойкости квадратных железобетонных балок
Canada           Analysis of fire resistance of square reinforced concrete beams
WSHAPS              Канада           Расчет огнестойкости защищенных стальных двутавров
Canada           Analysis of fire resistance of protected steel I-beams
Požární             Чехия            Расчет огнестойкости стальных элементов в условиях пожара на основе Еврокода 3,
odolnost            Czech            часть 1–2
Republic         Analysis of fire resistance of steel elements exposed to fire pursuant to Eurocode 3, part 1-2

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 ТОМ 29 № 3

MATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXES

Таблица 4. Программное обеспечение на основе усовершенствованных моделей огнестойкости конструкций

Table 4. Software based on advanced models of fire resistance of structures

Программное

Страна Краткое описание обеспечение

Country Description

Software

ABAQUS                  США                  Стандартный метод конечных элементов
USA                  Standard finite element method
ALGOR

ANSYS

COSMOS

NASTRAN

BoFire Германия Расчет огнестойкости для стальных, бетонных и композитных конструкций

Germany на основе Еврокода 4, часть 1–2

Analysis of fire resistance for steel, concrete and composite structures based on

Eurocode 4, part 1-2

BRANZ-TR8 Новая Зеландия Расчет огнестойкости для перекрытий из бетона или напряженно-армиро-

New Zealand ванного бетона

Analysis of fire resistance for concrete or prestressed reinforced concrete floor slabs

CEFICOSS                Бельгия              Расчет огнестойкости
Belgium              Analysis of fire resistance

CMPST                   Франция              Расчет механической устойчивости при высокотемпературном воздействии
France               Analysis of mechanical stability in case of high temperature exposu

COMPSL                  Канада               Расчет температур многослойных плит в условиях пожара
Canada               Analysis of multilayer slab temperatures in case of fire exposure

FASBUS                  США                  Расчет механической устойчивости в условиях пожара
USA                  Analysis of mechanical stability in case of fire exposure

FIRES-T3                США                  Теплоперенос (метод конечных элементов)
USA                  Heat transfer (finite element method)

HSLAB                   Швеция               Температуры перехода в нагреваемой балке из одного или нескольких мате-
Sweden               риалов
Transition temperatures in a heated beam made of one or more materials

LENAS                   Франция              Расчет механической устойчивости стальных балок в условиях пожара
France               Analysis of mechanical stability of steel beams in case of fire exposure

SAFIR                   Бельгия              Динамический и механический анализ конструкций в условиях пожара
Belgium              Dynamic and mechanical analysis of structures in case of fire exposure

SAWTEF                  США                  Анализ деревянных конструкций, соединенных металлическими пластина-
USA                  ми, в условиях пожара
Analysis of wooden structures connected by metal plates in case of fire exposure

STELA Великобритания Трехмерная модель для анализа реакции элементов конструкции на горючие

UK газы

Three-dimensional model designated for the analysis of the response of structural elements to combustible gases

TASEF Швеция Анализ высокотемпературного воздействия на конструкции в условиях по-

Sweden жара методом конечных элементов

Using the finite element method to perform the analysis of high-temperature exposure of structures on fire

50 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 VOL. 29 NO. 3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

Окончание табл. 4 / End of Table 4

Программное

Страна Краткое описание обеспечение

Country Description

Software

TCSLBM Канада Двумерное распределение температуры для сборных конструкций из бетон-

Canada ных плит/балок в условиях пожара

Two-dimensional temperature distribution for structures made of precast concrete slabs / beams on fire

THELMA Великобритания Анализ высокотемпературного воздействия на конструкции в условиях по-

UK жара методом конечных элементов

Using the finite element method to perform the analysis of high temperature exposure of structures on fire

VULCAN Великобритания Моделирование поведения стальных и композитных каркасных конструк-

UK ций, включая перекрытия, в условиях пожара

Modeling the behaviour of steel and composite frame structures, including slabs, in case of fire exposure

WALL2D Канада Модель теплопереноса для деревянных стен в условиях пожара

Canada Heat transfer model for wooden walls in case of fire exposure

Ocel požár Чехия Расчет огнестойкости стальных конструкций в условиях пожара на основа-

Czech Republic нии Еврокода 3, часть 1–2

Analysis of fire resistance of steel structures on fire based on Eurocode 3, part 1-2

Дополнительно при расчете огнестойкости кон-          делях — действия систем пожарной безопасности
струкций используются следующие модели.                   после срабатывания устройства.
Эвакуационные модели прогнозируют время
эвакуации из здания и местоположение областей                                       Выводы
скопления людей во время эвакуации. Эти модели
используются совместно с зонными или полевыми                  Основными аспектами программного обеспе-
моделями, чтобы определить время до появления             чения для решения задач пожарной безопасности
неблагоприятных для эвакуации условий в здании.           являются:
Входными данными обычно являются: запол-              ●● методология расчета (используемые физи-
ненность здания людьми, геометрия здания (выхо-                ко-математические модели);
ды, лестницы, лифты, коридоры и т.д.).                    ●● документация;
Выходные данные: время эвакуации здания               ●● интерфейс.
и места скопления людей.                                       Наиболее важный аспект методологии расче-
Модели реагирования детектора определяют              та представляют собой формулы, используемые
время срабатывания противопожарных устройств:             программным обеспечением для выполнения рас-
тепловых детекторов, спринклеров или детекторов           четов, основанные на физических законах и экспе-
дыма. Эти модели используют зонный подход для             риментальных данных. Надежность программно-
оценки распространения дыма и теплопереноса               го обеспечения существенно зависит от точности
и подмодели для определения реакции тепловых              и достоверности этих формул. Кроме того, при рас-
детекторов на поток тепла и дыма (т.е. упрощен-           чете невозможно учесть все переменные, связанные
ное моделирование для оценки теплопереноса                с событием, поэтому для выполнения вычислений
к элементу детектора и определения времени ак-            необходимо сделать определенные предположения.
тивации).                                                 Это ограничивает универсальность программного
Входными данными являются характеристики              обеспечения.
анализируемого элемента детектора, его местополо-              Основными документами при использовании
жение и скорость тепловыделения при пожаре. Для           программного обеспечения являются руководство
самых сложных моделей требуются геометрия отсе-           пользователя, технические руководства, примеры
ков и их материалы.                                       применения, определяющие корректность исполь-
Выходные данные представляют собой время              зования программного обеспечения и, следователь-
срабатывания устройства и в самых сложных мо-             но, надежность и точность полученных результатов.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 ТОМ 29 № 3

MATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXES

Пользовательский интерфейс имеет большое                    легко задавать входные данные, грамотная отчет-
значение в ходе применения программного обеспече-                ность упрощает анализ результатов, а хорошая гра-
ния. Корректный программный интерфейс позволяет                  фика дает лучшее видение моделируемого события.

Список литературы

1. Olenick S.M., Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke // Journal of Fire Protection Engineering. 2003. Vol. 13. Issue 2. Pp. 87–110. DOI: 10.1177/1042391503013002001

2. Friedman R. An international survey of computer models for fire and smoke // Journal of Fire Protection Engineer- ing. 1992. Vol. 4. Issue 3. Pp. 81–92. DOI: 10.1177/104239159200400301

3. Janssens M.L. Evaluating computer fire models // Journal of Fire Protection Engineering. 2002. Vol. 13. P. 19.

4. Twilt L., Hass R., Klingsch W., Edwards M., Dutta D. Design guide for structural hollow section columns exposed to fire. Köln : Verlag TÜV Rheinland, 1994. 98 p.

5. Peacock R.D., Reneke P.A., Jones W.W., Bukowski R.W., Forney G.P. A User’s Guide for FAST: Engineering tools for estimating fire growth and smoke transport. Special Publication 921. 2000 Edition. Gaithersburg : National

Institute of Standards and Technology, 2000. 192 p. DOI: 10.6028/nist.sp.921e2000

6. Portier R.W., Reneke P.A., Jones W.W., Peacock R.D. A User’s Guide for CFAST Version 1.6. NISTIR 4985.

Gaithersburg : National Institute of Standards and Technology, 1992. DOI: 10.6028/nist.ir.4985

7. Jones W.W., Forney G.P., Peacock R.D., Reneke P.A. A technical reference for cfast: an engineering tool for estimating fire growth and smoke transport. Technical Note 1431. Gaithersburg : National Institute of Standards and

Technology, 2000. 178 p. DOI: 10.6028/nist.tn.1431

8. Morente F., de la Quintana J., Wald F. PART 4: Software for fire design. 2015.

9. Dumont F., Bostrom L., Lukomski M., van den Berg G. Report of the EGOLF Round-Robin Nr. TC2 14-1 in Fire

Resistance Testing. The European Group of Laboratories for Fire Testing (EGOLF), 2015.

10. Пожары и пожарная безопасность в 2017 году : статистический сборник / под общ. ред. Д.М. Гордиенко.

М. : ВНИИПО, 2018. 125 с.

11. Еремина Т.Ю., Фадеев В.Е. К оценке возможности внедрения экранных стен на объектах с массовым пре- быванием людей // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. Т. 27. № 2–3. С. 57–66. DOI:

10.18322/PVB.2018.27.02-03.57-66

12. Korhonen T. Fire Dynamics Simulator with Evacuation: FDS+Evac. Technical Reference and User’s Guide (FDS

6.6.0, Evac 2.5.2, DRAFT). VTT Technical Research Centre of Finland, 2018. 115 p.

13. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Techni- cal reference guide. Volume 1: Mathematical Model. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg :

National Institute of Standards and Technology, 2013. 149 p. DOI: 10.6028/nist.sp.1018e6

14. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Techni- cal reference guide. Volume 2: Verification. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg : National

Institute of Standards and Technology, 2013. 170 p.

15. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Tech- nical reference guide. Volume 3: Validation. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg : National

Institute of Standards and Technology, 2013. 509 p.

16. Forney G.P. Smokeview, a tool for visualizing fire dynamics simulation data. Volume I: User’s Guide. NIST Special

Publication 1017-1. Sixth Edition. Gaithersburg : National Institute of Standards and Technology, 2013. 185 p.

17. Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю. Расчет фактического предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций при различных температурных режимах пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. Т. 28. № 6. С. 29–34. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29-34

18. Фадеев В.Е. Исследование предела огнестойкости экранных стен // Пожарная безопасность. 2019. № 2. С. 49–53.

19. Еремина Т.Ю., Портнов Ф.А. Проблемы и перспективы в области огнестойкости деревянных конструкций для высотных зданий // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 2. С. 34–43.

DOI: 10.18322/PVB.2020.29.02.34-43

REFERENCES

1. Olenick S.M., Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke. Journal of Fire Protection Engineering. 2003; 13(2):87-110. DOI: 10.1177/1042391503013002001

2. Friedman R. An international survey of computer models for fire and smoke. Journal of Fire Protection Engineer- ing. 1992; 4(3):81-92. DOI: 10.1177/104239159200400301

3. Janssens M.L. Evaluating computer fire models. Journal of Fire Protection Engineering. 2002; 13:19.

4. Twilt L., Hass R., Klingsch W., Edwards M., Dutta D. Design Guide for Structural Hollow Section Columns Ex- posed to Fire. Köln, Verlag TÜV Rheinland, 1994; 98.

52 POZHAROVZRYVOBEZOPASNOST/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 VOL. 29 NO. 3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

5. Peacock R.D., Reneke P.A., Jones W.W., Bukowski R.W., Forney G.P. A User’s Guide for FAST: Engineering Tools for Estimating Fire Growth and Smoke Transport. Special Publication 921. 2000 Edition. Gaithersburg, National

Institute of Standards and Technology, 2000; 192. DOI: 10.6028/nist.sp.921e2000

6. Portier R.W., Reneke P.A., Jones W.W., Peacock R.D. A User’s Guide for CFAST Version 1.6. NISTIR 4985.

Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 1992. DOI: 10.6028/nist.ir.4985

7. Jones W.W., Forney G.P., Peacock R.D., Reneke P.A. A Technical Reference for CFAST: An Engineering Tool for Estimating Fire Growth and Smoke Transport. Technical Note 1431. Gaithersburg, National Institute of Stan- dards and Technology, 2000; 178. DOI: 10.6028/nist.tn.1431

8. Morente F., de la Quintana J., Wald F. PART 4: Software for fire design. 2015.

9. Dumont F., Bostrom L., Lukomski M., van den Berg G. Report of the EGOLF Round-Robin Nr. TC2 14-1 in Fire

Resistance Testing. The European Group of Laboratories for Fire Testing (EGOLF), 2015.

10. Fires and Fire Safety in 2017: Statistical book / ed. D.M. Gordienko. Мoscow, VNIIPO Publ., 2018; 125. (rus.).

11. Eremina T.Yu., Fadeev V.E. To the assessment of the possibility of the introduction of curtain walling on objects with mass stay of people. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2018; 27(2-3):57-66. (rus.). DOI:

10.18322/PVB.2018.27.02-03.57-66

12. Korhonen T. Fire Dynamics Simulator with Evacuation: FDS+Evac. Technical Reference and User’s Guide (FDS

6.6.0, Evac 2.5.2, DRAFT). VTT Technical Research Centre of Finland, 2018; 115.

13. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Techni- cal Reference Guide. Volume 1: Mathematical Model. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg,

National Institute of Standards and Technology, 2013; 149. DOI: 10.6028/nist.sp.1018e6

14. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Techni- cal Reference Guide. Volume 2: Verification. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg, National

Institute of Standards and Technology, 2013; 170.

15. McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator. Tech- nical Reference Guide. Volume 3: Validation. NIST Special Publication 1018. Sixth Edition. Gaithersburg, National

Institute of Standards and Technology, 2013; 509.

16. Forney G.P. Smokeview, A Tool for Visualizing Fire Dynamics Simulation Data. Volume I: User’s Guide. NIST Spe- cial Publication 1017-1. Sixth Edition. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 2013; 185.

17. Shebeko Yu.N., Zuban A.V., Shebeko A.Yu. An evaluation of an actual fire resistance limit of non-protected steel structures for different temperature regimes of fires. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2019;

28(6):29-34. (rus.). DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29-34

18. Fadeev V.E. Study of fire resistance of screen walls. Fire Safety. 2019; 2:49-53. (rus.).

19. Eremina T.Yu., Portnov F.A. Problems and perspectives of fire resistance for wooden constructions in high-sto- rey buildings. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2020; 29(2):34-43. (rus.). DOI: 10.18322/

PVB.2020.29.02.34-43

Поступила 19.04.2020, после доработки 15.05.2020;

принята к публикации 28.05.2020

Received April 19, 2020; Received in revised form May 15, 2020;

Accepted May 28, 2020

Информация об авторах                                        Information about the authors
ЕРЕМИНА Татьяна Юрьевна, д-р техн. наук, профессор,             Tatyana Yu. EREMINA, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Profes-
профессор кафедры комплексной безопасности в строи-             sor of Department of Integrated Safety in Civil Engineering,
тельстве, Национальный исследовательский Московский             Moscow State University of Civil Engineering (National Research
государственный строительный университет, г. Москва, Рос-       University), Moscow, Russian Federation; Author ID: 274777,
сийская Федерация; Author ID: 274777, ORCID: 0000-0003-         ORCID: 0000-0003-1427-606X; e-mail: main@stopfire.ru
1427-606X; e-mail: main@stopfire.ru

КОРОЛЬЧЕНКО Дмитрий Александрович, канд. техн.                  Dmitriy A. KOROLCHENKO, Cand. Sci. (Eng.), Head
наук, заведующий кафедрой комплексной безопасности              of Department of Integrated Safety in Civil Engineering, Head
в строительстве, директор Института комплексной безопас-        of Institute of Integrated Safety in Construction, Moscow State
ности в строительстве, Национальный исследовательский           University of Civil Engineering (National Research Universi-
Московский государственный строительный университет,            ty), Moscow, Russian Federation; Author ID: 352067, Scopus
г. Москва, Российская Федерация; Author ID: 352067, Scopus      Author ID: 55946060600; ResearcherID: E-1862-2017; ORCID:
Author ID: 55946060600; ResearcherID: E-1862-2017; ORCID:       0000-0002-2361-6428; e-mail: KorolchenkoDA@mgsu.ru
0000-0002-2361-6428; e-mail: KorolchenkoDA@mgsu.ru

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ/FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2020 ТОМ 29 № 3