Фото: litn-andrei.narod.ru
СКРЫТОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОГНЯ ПО ПУСТОТАМ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
HIDDEN SPREAD OF FIRE ALONG THE VACUUM OF BUILDING STRUCTURES
Ирина Рудешко
Iryna Rudeshko
Национальный университет гражданской обороны Украины, Черкасский институт пожарной безопасности имени Героев Чернобыля (Украина).
National University of Civil Defense of Ukraine, Cherkasy Institute of Fire Safety named after the Heroes of Chernobyl (Ukraine).
Phone:+38 098 396 0077
E-mail: rudeshko1603@ukr.net
Виктория Дагиль
Viktoriya Dagil
Национальный университет гражданской обороны Украины, Черкасский институт пожарной безопасности имени Героев Чернобыля (Украина).
Viktoriya Dagil
National University of Civil Defense of Ukraine, Cherkasy Institute of Fire Safety named after the Heroes of Chernobyl (Ukraine).
Phone:+38 093 046 3297
E-mail: dagilviktoriya@gmail.com
АННОТАЦИЯ. Рассмотрено явление скрытого распространения пожара по пустотам строительных конструкций, как одно из самых опасных для зданий старой застройки и исторических зданий. Выявлены причины быстрого распространения огня по пустотам конструкций и их последствия. Предложены конструктивные методы огнезащиты пустотелых строительных конструкций и конструкций из дерева. Доказано, что для повышения огнестойкости пустотелых конструкций и ограничения скрытого распространения пожара по зданию с пустотными конструкциями, нужно увеличивать предел огнестойкости конструкций по потере целостности. Установлено, что огнестойкость пустотных межэтажных перекрытий определяется, в первую очередь, потерей целостности конструкций. Доказана необходимость тенденции развития противопожарных норм, касающихся исторических зданий для сохранения мирового архитектурного наследия.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА пустотные строительные конструкции, скрытое распространение пожара, предел огнестойкости, огнезащита, конструктивные методы огнезащиты, герметизация пустот.
ABSTRACT.The phenomenon of latent spread of fire along the voids of building structures is considered as one of the most dangerous for buildings of old buildings and historical buildings. The reasons for the rapid spread of fire through the voids of structures and their consequences are revealed. Constructive methods of fire protection of hollow building structures and structures made of wood are proposed. It has been proven that in order to increase the fire resistance of hollow structures and limit the latent spread of fire in a building with hollow structures, it is necessary to increase the fire resistance of structures in terms of loss of integrity.
It has been established that the fire resistance of hollow inter floor coatings is determined, first of all, by the loss of integrity. The necessity of the tendency of development of fire safety norms concerning historical buildings for the preservation of the world architectural heritage is proved.
KEY WORDS hollow construction structures, latent spread of fire, fire resistance limit, fire protection, constructive methods of fire protection, sealing voids.
ВВЕДЕНИЕ
В случае возникновения пожара при эксплуатации зданий и сооружений их строительные конструкции подвергаются эпизодическим нагрузкам и воздействиям, которые в большинстве случаев становятся решающими для прочности и долговечности [4].
Старение существующего жилого фонда существенно опережает темпы введения в эксплуатацию нового жилья. О проблемах восстановления существующего жилищного фонда свидетельствует тот факт, что во многих городах разрабатываются программы комплексной реконструкции зданий, а на экспериментальных объектах отрабатываются наиболее рациональные схемы ее проведения. Очевидно, что реконструкция — это проблема настоящего, и решать ее необходимо как можно быстрее. Особенно это касается зданий и сооружений, которые имеют историческую ценность.
При этом особое значение приобретают вопросы пожарной и техногенной безопасности. Увеличивается этажность жилых зданий, площадь противопожарных отсеков, а соответственно изменяются и требования нормативных документов, касаемо степени огнестойкости реконструируемых зданий. Возникает необходимость в разработке проектов огнезащиты строительных конструкций для обеспечения требуемой степени огнестойкости. Часто меняется функциональное назначение реконструируемых зданий, в результате чего меняются требования пожарной безопасности к таким объектам. Например, при реконструкции складского или промышленного здания под торгово-развлекательный центр с большим скоплением людей и горючих материалов, ужесточаются требования к путям эвакуации, количеству эвакуационных выходов, пропускной способности путей эвакуации в зависимости от плотности людского потока.
АКТУАЛЬНОСТЬ
В нынешних экономических условиях особую актуальность приобретает разработка стратегии комплексного решения проблемы нового жилищного строительства и сохранения существующего жилищного фонда с реконструкцией домов первых массовых серий и крупнопанельных домов последующих серий в направлении повышения их потребительских качеств, продления жизненного цикла, снижения эксплуатационных расходов, улучшения их архитектурного облика и обеспечения пожарной безопасности.
Анализ статистики пожаров в жилых домах показал, что факторами, которые способствовали трагическому развитию событий, были: недостаточная огнестойкость строительных конструкций и инженерного оборудования, наличие больших внутренних объемов, которые были не разделены противопожарными перегородками, подвесные потолки из горючих материалов, большое количество горючего оборудования, мебели, облицовки.
Ярким примером может служить пожар в Одесском колледже экономики, права и ресторанно-гостиничного бизнеса, который произошел 04 декабря 2019 года. Огонь вспыхнул на третьем этаже здания и быстро распространился на 4000 м2. Спасатели эвакуировали около 40 человек, 16 человек погибли. Одной из причин быстрого распространения огня стали деревянные перекрытия, пожарная безопасность которых была достаточно низкой. В результате, как видно на фотографии, перекрытия были полностью уничтожены огнем. Пожар тушили сутки.
Пожары, возникающие в зданиях подобного типа, быстро распространяются на все здание или другие сооружения, приводя к их полному выгоранию.
Рис.1. Состояние здания Одесского колледжа после пожара.
Для защиты объектов строительства от пожаров в нашей стране и за рубежом разработаны и научно обоснованы нормативные требования пожарной безопасности зданий и сооружений [5]. Недостатком этих требований является невозможность их использования в полном объеме для снижения пожарной опасности зданий и сооружений, которые были построены в далеком прошлом с учетом требований пожарной безопасности того времени или вообще без соблюдения каких-либо требований.
В случае возникновения пожара в таких зданиях огонь и продукты горения длительное время могут распространяются скрыто по пустотам строительных конструкций, в результате чего здание частично или полностью повреждается огнем, что очень часто приводит к гибели людей.
МЕХАНИЗМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ ПО ПУСТОТАМ КОНСТРУКЦИЙ
Целью работы является установление механизма и причин распространения пламени по пустотам строительных конструкций.
Противопожарные мероприятия, связанные с наличием пустот в деревянных конструкциях и перегородках в зданиях конца 40-х — начале 50-х годов, были сформулированы в классическом учебнике [2]. С тех пор многое изменилось, а что-то осталось без изменений. В зданиях появились новые пустотелые конструкции — кабельные тоннели, подвесные потолки, навесные фасады. Таким образом, пустоты существуют не только в зданиях старой застройки с перекрытиями по деревянным балкам, но и в современных многоэтажных зданиях из железобетона.
На начальной стадии пожара воздух в помещении увеличивается в объеме и образует избыточное давление. Сначала нагретый воздух и продукты горения заполняют объем помещения, затем начинают выходить через неплотности в стыках конструкций, зазоры в притворах, воздуховоды и другие отверстия, распространяясь при этом по всему зданию [1].
Например, большой пожар произошел в 54-этажном здании Нью-Йорка в New York Plaza. Внешняя стена здания была выполнена таким образом, что между декоративными внешними элементами и несущей конструкцией находилась решетка из горизонтальных и вертикальных каналов. Эти каналы пронизывали все здание по высоте и ширине. Кроме того, они совмещались с горизонтальными вентиляционными каналами, расположенными на каждом этаже выше подвесного потолка. Сначала пожар возник в воздуховоде над подвесным потолком, где были проложены воздуховоды и электрокабели. Проемы в наружных стенах, к которым подводились эти каналы имели теплоизоляцию в виде листов пенополистирола с декоративным покрытием из тонкого алюминиевого листа. Во время развития пожара, в очаге, пенополистирол быстро выгорел и покрытие разрушилось [6].
В марте 1997 года в Лондоне горела одна из зданий Crown Estates. Пожар на первом этаже быстро погасили, но дым начал проникать на верхние этажи по центральному воздуховоду. Пока пожарные изучали ситуацию, на первом и третьем этажах из-под стен вырвался огонь. При дальнейшем расследовании пожара было обнаружено наличие пустот длиной 6 м и глубиной 300 мм по всей высоте здания между внешней стеной и внутренними перегородками, где располагались различные коммуникации (трубы, кабели, центральные каналы воздушного отопления и т.д., все, кроме огнезадерживающих конструкций). Эти пустоты были замаскированы и отделены от жилых помещений штукатуркой по проволочной сетке, гипсокартонными или фанерными панелями по деревянным стойкам. Воздуховод системы центрального отопления имел выходы на этажи из стеновых пустот в пустоты потолков и пола. Огонь на первом этаже повредил фибро-картонный подвесной потолок, попал в пустоты на этом уровне и распространился незамеченным до совмещенной с крышей пустоты выше четвертого этажа, а затем к жилым помещениям. Воздуховоды центрального отопления начали разрушаться одновременно в нескольких местах [7].
Пожар, который произошел в старинном поместье VIII в. графства Суррей в 1998 году, начался на первом этаже и распространился еще до прибытия пожарных подразделений. Огонь незаметно попал в пустоты стен и пола. Это здание несколько раз перестраивалось с установкой шахт лифтов и воздуховодов. Пространство между балками пола и потолка составляло более 45 см. Деревянный пол был покрыт медным настилом. Все это способствовало очень быстрому распространению пожара с одного этажа на другой. Крыша загорелась еще до прибытия пожарных подразделений. Металлические настилы пола мешали локализации пожара в пустотах; огонь незаметно прошел мимо, где работали пожарные и вырвался наружу в других помещениях [6].
В октябре 1997 года пожарные Лондонского Вест-Энда быстро погасили пожар, который произошел в подвале кирпичного многоэтажного здания с деревянными балками перекрытия. Но дальнейшее проветривание помещений способствовало увеличению задымленности верхних этажей. Это произошло из-за пустотелости стен и пола. В результате огонь сначала проник на некоторые этажи, а затем охватил все здание [6].
Таким образом, можно сделать вывод, что во время пожаров в зданиях старой постройки огонь и дым распространяются внутри конструкций скрыто из-за большого количества пустотных конструкций, которые соединены между собой. Такими конструкциями являются пустотные перекрытия и перегородки. Наиболее пожароопасными являются межэтажные перекрытия. По их полостях пожар может распространиться даже за пределы этажа.
СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРЕДЕЛА ОГНЕСТОЙКОСТИ ПУСТОТЕЛЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА
Во время пожара деревянные конструкции перекрытия прогорают, то есть теряют свою целостность в результате того, что огонь распространяется по межэтажному перекрытию снизу. Продукты горения попадают внутрь пустотелой конструкции и разогревают ее изнутри. При этом усиливается тепловое воздействие на балки и конструкцию пола. Балки обугливаются, уменьшаются в сечении и, тем самым снижается их несущая способность. Огнестойкость перекрытия в таком случае будет определяться несущей способностью пола, а начало скрытого распространения пожара по зданию — временем прогара пустотелой конструкции.
Очевидно, что для повышения огнестойкости зданий с пустотными конструкциями нужно увеличивать предел огнестойкости конструкций по потере целостности, что будет способствовать ограничению скрытого распространения пожара по зданию.
В результате проведенного анализа установлено, что наиболее эффективным способом огнезащиты деревянных конструкций является конструктивная огнезащита. Она позволяет достичь требуемого предела огнестойкости конструкции путем увеличения сечения конструкции, облицовкой негорючими материалами и штукатуркой, а также использованием диафрагм и негорючих заполнителей для ограничения скрытого распространения пожара.
Несмотря на высокую эффективность такого метода, его использование не всегда оправдано из-за высокой себестоимости и не технологичности. Кроме того конструктивные методы часто связаны с изменением конструктивных и эстетических особенностей зданий.
Национальная ассоциация противопожарных служб США (NFPA) периодически обновляет существующие стандарты и Правила пожарной безопасности. Так, например, документ NFPA 914 отображает требования по обеспечению пожарной безопасности зданий, которые имеют историческую ценность [8].
На основе анализа рынка огнезащитных материалов и технологий в статье предлагаются способы конструктивной огнезащиты пустотных конструкций материалами, которые не уступают по своей технологичности пенопласту, но при этом, являются негорючими и не выделяют токсичных продуктов во время пожара.
Учитывая специфику зданий старой застройки, разработаны конструктивная огнезащита, которая позволяет вводить в полости строительных конструкций негорючий материал, который имеет высокую огнестойкость и не меняет вид здания.
Для уменьшения пожарной опасности деревянных перекрытий и перегородок рекомендуется:
— уменьшать количество горючих веществ путем замены сгораемого настила на несгораемый, то есть настил из деревянных листов заменить настилом из шлакобетонных и гипсолитовых плит;
— разделять воздушные полости на отсеки диафрагмами из шлаковой крошки, поскольку диафрагмы не должны препятствовать воздухообмену в вентилируемых полостях конструкций;
— при установке пустотелых перегородок нужно разделять пустоты диафрагмами на отдельные отсеки площадью не более двух м2 и избегать совмещения перекрытий с пустотами.
Предлагается способ герметизации пустот строительных конструкций силикатно твердеющею пеною на основе жидкого стекла. Реализация данного способа позволяет в 1,3-1,5 раза увеличить время достижения критической температуры воспламенения древесины [1].
Процесс термического разложения древесины протекает в две фазы: первая фаза происходит при нагревании до 250 ° С (до температуры воспламенения) и проходит с поглощением тепла; вторая — процесс горения с выделением тепла. Она в свою очередь разделяется на два периода: сгорания газов, образующихся при термическом разложении древесины (пламенная фаза горения), и сгорания образующегося угля (фаза тления).
Увеличивая выход трудно воспламеняющегося угля за счет соответствующего уменьшения количества горючих газообразных продуктов разложения, которые обусловливают основную пламенную фазу горения древесины, можно значительно уменьшить горючесть древесины. На этом основана химическая огнезащита древесины с применением антипиренов, то есть веществ, которые способны при химическом взаимодействии с древесиной или продуктами его распада при температуре 250-300°С, повышать выход трудно воспламеняющегося угля за счет уменьшения количества смолы и горючих газообразных продуктов распада.
Защита древесины от нагревания заключается в невозможности ее разложения с образованием горючих газов и горения. На этом принципе основано применение термо- изолирующих покрытий, которые наносятся мокрым и сухим способами. Преимуществами таких покрытий является защита древесины от непосредственного воздействия огня и ее нагревания от внешнего источника тепла. Недостатком термо-изолирующих покрытий является их преждевременное отслоение от защищаемой поверхности и разрушения местного характера, что значительно уменьшает их огнезащитную эффективность. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислые натрий и аммоний, сернокислый аммоний. Огнезащитные смеси — пасты, краски — готовят на основе вяжущего наполнителя и антипирена. Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что, одни при нагревании создают оплавленную пленку, которая закрывает доступ кислорода к древесине; другие, при высокой температуре выделяют газы, которые предотвращают горение древесины.
Также предлагаются конструктивные меры — удаление деревянных конструкций здания от источников нагревания. Традиционным является покрытие деревянных конструкций штукатуркой на основе цементно-песчаных, глинистых смесей, гипсокартоном, асбестовым картоном, асбестоцементными листами толщиной 10 мм, которые увеличивают предел огнестойкости на 20 … 30 минут.
ВЫВОДЫ:
1. Скрытое распространения пожара по пустотам конструкций характерно как для зданий старой постройки, исторических зданий, так и для зданий современных. Поскольку выполнение противопожарных норм для исторических зданий невозможно без изменения их внешнего вида, особенно важное значение приобретает принятие мер по противопожарной защите.
2. К основным факторам, которые способствуют распространению пожара по пустотам, относятся: наличие горючего мусора в полостях, использование горючей теплоизоляции, устройство полостей, которые соединяются между собой.
3. Для ограничения скрытого распространения пожара по зданию с пустотными конструкциями нужно увеличивать предел огнестойкости конструкций по потере целостности. Установлено, что огнестойкость пустотных межэтажных покрытий определяется, в первую очередь, потерей целостности.
Для успешного тушения пожара важное значение имеет заранее разработанный план пожаротушения, учитывающий расположение пустот в здании. Среди тенденций развития нормативных требований развитых стран (Великобритания, США) наблюдается разработка противопожарных требований, касающихся исторических зданий. Очевидно, что с целью сохранения архитектурного наследия мира такую возможность следует рассматривать и в других странах.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Заятдинов О.М. Эффективные пустотные конструкции с ограниченным развитием пожара Автореф. дис. канд. техн. наук. Специальность 05.23.01. – Улан-Удэ, 2004. – 24 с.
2. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле. – М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1954. – 304с.
3. Fatal fire at Russian police HQ // Fire Prev. – 1999. – № 319.
4. ДБН В.1.2-2:2006. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Навантаження і впливи. Норми проектування / Мінбуд України. – К.: Мінбуд України,
5. ДБН В.1.1-7:2016 Захист від пожежі. Пожежна безпека об’єктів будівництва.
6. The enemy within: Problems encountered in dealing with structural void fires //Fire/ – 1999/ – Vol.92, №101.
7. Void spaces // Fire Fight. Can. – 1990 – Vol.34, №7.
8. Watts John M.(Jr), Solomon Robert E. Fire safety code for historic structures // Fire Technol. – 2002. – Vol.38, №4.
Иллюстрация: algoritm.org
