При пожаре несущая способность деревянных конструкций (ДК) снижается за счет уменьшения их размеров сечения в результате обугливания древесины и снижения ее прочности в необугленной части элемента. При температуре древесины выше 230°-280°С она полностью теряет свою прочность. Расчет пределов огнестойкости деревянных конструкций основан на следующих допущениях: нагрев конструкций происходит по режиму стандартного пожара, древесина после ее воспламенения обугливается с постоянной скоростью . температура в различных точках необуглившегося сечения элемента принимается равной 80°С . прочностные и упругие характеристики древесины во всех точках необуглившейся части сечения принимаются одинаковыми.
Прочность древесины при t ≈ 80°С нормируется расчетными сопротивлениями Rf для определения пределов огнестойкости ДК, значения которых приведены в таб.1.
Уменьшение сечения элементов в результате обугливания древесины приводит к увеличению напряжений σf от действия нормативных нагрузок qn. При достижении этими напряжениями величины расчетного сопротивления Rf наступает предельное состояние деревянного элемента конструкций в условиях пожара. При этом сечение древесины, способное воспринимать усилия от нормативных нагрузок, называется критическим, а глубина обугливания Zcr — предельной.
Таблица 1. Расчетные сопротивления Rf для определения пределов огнестойкости ДК
| Напряженное состояние | Условное обозначение | Расчетное сопротивление, МПа, в зависимости от сорта древесины | ||
| Изгиб | Rfw | |||
| Сжатие вдоль волокон | Rfc | |||
| Растяжение вдоль волокон | Rft | — | ||
| Скалывание вдоль волокон: | Rfqs | |||
| цельной | 3,0 3,0 | 2,7 2,7 | 2,7 2,7 | |
| клееной | 1,2 | 1,1 | 1,1 |
Фактический предел огнестойкости деревянного элемента из условия его прочности равен: Пф = τ0 + τсr, (14)
где τ0 — время от начала воздействия на древесину температуры при пожаре до ее воспламенения .
τсr — время от начала воспламенения древесины до наступления предельного состояния.
Для древесины с влажностью W=12% значение τ0
принимается равным по таблице 2.1, а значение времени τсr равно:
, (15)
где 
— скорость обугливания древесины, значения которой даны в табл. 2.2.
Таблица 2.1 Значение времени до начала обугливания древесины
| Способ огнезащиты | Время τ0, мин |
| Без огнезащиты и при обработке антипиренами | |
| Гипсокартонный лист: ГКЛ(δ=10мм), ГОСТ 6266-89 ГКЛ(δ=12,5мм), ГОСТ 6266-89 | |
| Песчано-цементная штукатурка толщиной 20-25мм по металлической сетке | |
| Полужесткая негорючая минераловатная плита толщиной 50мм (ГОСТ 9573-89) | |
| Асбестоцементноперлитовый плоский лист толщиной 10-12мм | |
| Вспучивающиеся покрытия: ВПД (4 слоя), ГОСТ 25130-82 ОФП-9 (2 слоя), ГОСТ 23790 |
Таблица 2.2. Скорость обугливания древесины
| Наименьший размер сечения, мм | Скорость обугливания древесины, мм/мин | |
| клееной | цельной | |
| 120 и более | 0,5 | 0,8 |
| Менее 120 | 0,7 | 1,0 |
Таким образом, для определения Пф необходимо знать предельную глубину обугливания Zcr. Для расчета Zcr — используется равенство, определяющее предельное состояние элемента деревянной конструкции при пожаре:
σf = Rf, (16)
Напряжение σf при пожаре зависит от изменения геометрических характеристик (A . W . J . i) конструкции. Эти изменения геометрических характеристик выражаются через коэффициент η, значения которого представляются в следующем виде:
ηА = Аf/A .
ηW =Wf/W .
ηJ =Jf/J .
ηi =if/i и т.д.,
где Аf . Wf . Jf . if — геометрические характеристики сечения при пожаре.
Согласно рекомендациям ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко [4] значения коэффициента η представлены в виде функции:
η=f(h/b . Zcr /h), где b≤h и Zcr ≤ 0,25b.
Зависимость коэффициента η=f(h/b . Zcr /h) для геометрических характеристик A, W, J при трех-и четырехстороннем обогреве показаны в приложениях 7 и 8. Семейство кривых на графиках ограничено штрихпунктирной линией. Если точки пересечения параметров η . h/b и Zcr /h находятся ниже штрихпунктирной линии значение Zcr принимается равным 0,25 b.
Значение Zcr в зависимости от напряженного состояния деревянных элементов при пожаре определяются следующим образом.
