Огнестойкость зданий и сооружений. Огнестойкость зданий и сооружений поведение строительных конструкций при пожаре
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Поведение стальных конструкций при пожаре Прочность и жесткость стали, как и других строительных материалов, снижается при высоких температурах. Хотя предел текучести стали в конструкторских расчетах обычно принимается равным нулю при температуре 1200 0C, в реальности предел текучести не достигает нуля, пока сталь не разогреется до температуры плавления, равной 1550 0C. Во время пожара температура стали практически никогда не достигает критического уровня – температуры плавления. Хотя сталь и является негорючим материалом, она обладает очень высокой теплопроводностью, что негативно сказывается на прочностных характеристиках здания при контакте с огнем. Поэтому при проектировании зданий из стали так важно производить расчеты противопожарной безопасности. Поведение пластиковых окон при пожарах Пожары, к сожалению, случаются в нашей жизни. Строительные конструкции и изделия, изготовленные из ПВХ, также подвергаются воздействию огня. Как ведет себя во время пожаров ПВХ окна? Проводилось огромное количество исследований поведения материалов из ПВХ в огне. В результате этих исследований были получены основные характеристики ПВХ при горении. ПВХ трудно воспламеняется и не поддерживает процесс горения при отсутствии источника огня. Это свойство ПВХ определяет его более высокое место во всех национальных и международных противопожарных стандартов по отношению к дереву. Количество тепла, выделяемое при горении ПВХ, значительно меньше, чем у многих других материалов, например, древесины. Следовательно, применение ПВХ уменьшает вероятность пожара и уменьшает скорость распространения огня, если пожар все же начался. Газы, выделяемые при горении ПВХ: монооксид и диоксид углерода, хлороводород и водяной пар. Из-за едкого запаха хлороводород легко обнаруживается даже при низких концентрациях. Монооксид углерода - печально знаменитый угарный газ - с другой стороны, совсем без запаха. Он хорошо известен как один из главных факторов множество смертей при пожарах. Однако он выделяется при горении абсолютно всех органических материалов, в том числе, древесины. Хлороводород, выделяющийся при горении ПВХ, вступает в реакцию с водяными парами и образует соляную кислоту, которая обладает коррозийным воздействием на металлические конструкции сооружений. Однако концентрация кислоты столь незначительна, что не представляет опасности, как для конструкции здания, так и для здоровья людей.  На данном рисунке показано как ведут себя при воздействии огня, два вида окон: (слева) деревянные окна, (справа) пластиковые окна. ПОЖАРОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ СТОРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Пожарозащитные мероприятия для конструкций из стали Сталь, по своему поведению во время пожара, относится к классу несгораемых материалов (класс строительных материалов А1). В случае пожара сталь очень сильно расширяется и теряет, вследствие своей высокой теплопроводности, при температурах около 500 °С в течение короткого времени свою статическую прочность. Это может привести без каких-либо предварительных сигналов к обрушению сооружения. Важные конструкции из стали, как, например, колонны, балки перекрытий и фермы покрытия, должны поэтому защищаться от огня с помощью особых мероприятий. Стальные конструкции могут защищаться от огня с помощью прямой пожарозащиты (одежды конструкций, например путем обетони- рования) или с помощью косвенной пожарозащиты (устройство подвесного потолка). Пожарозащитные мероприятия для конструкций из железобетона Также как и сталь, бетон относится к несгораемым материалам. Поэтому сопротивляемость конструкций из железобетона воздействию огня очень высока. Она тем выше, чем выше класс прочности бетона и чем больше сечение конструкции. Вследствие чувствительности к температуре стальной арматуры и закладных деталей, которые при температуре около 500 °С теряют прочность на растяжение, необходимо следить за достаточной величиной защитного слоя бетона. Она составляет согласно DIN 1045 в зависимости от условий окружающей среды от 2 см до 5 см. Если защитный слой бетона имеет толщину более 5 см, то его необходимо снабдить защитной арматурой для того, чтобы предотвратить откалывание бетона. Время сопротивления воздействию огня конструкции может быть повышено применением известесодержащих добавок с малым температурным расширением. В случае армированного легкого бетона арматура защищается от сильного нагрева, так как воздушные поры в легком заполнителе уменьшают теплопроводность этого материала. Как и другие строительные материалы, железобетон в особых случаях может защищаться от воздействия пожара с помощью одежды, с помощью теплоизоляционных штукатурок (максимум толщиной 30 мм), а также с помощью подвесных облицовок. Пожарозащитные мероприятия для строительных конструкций из дерева Дерево, в противоположность стали или железобетону, является сгораемым материалом. Оно обугливается на своей поверхности при воздействии пожара. Этот слой древесного угля на внешних зонах конструкций образует защитный слой, который сильно замедляет дальнейшее сгорание дерева. Для того чтобы ограничить воспламенение дерева и дальнейшее распространение огня, можно проводить предупредительные пожарозащитные мероприятия. К ним относятся в основном строительные и химические мероприятия. Огнезащитные соли состоят в основном из фосфатов и сульфата аммония как разбавителя. Они применяются для пропитки древесины жидким раствором автоклавным методом. Огнезащитные соли (антипирены) плавятся при воздействии высокой температуры. При этом тепло оттягивается от древесины и на поверхности древесины образуется оплавленный слой. Кроме того, в случае пожара эти вещества выделяют газы, не поддерживающие горение, и способствуют быстрому образованию обугленного защитного слоя. Тогда как огнезащитные соли защищают дерево от огня изнутри, пенообра - зующие огнезащитные средства действуют на поверхности древесины. Эти пенообразователи наносятся в виде бесцветного или пигментированного слоя. При прямом воздействии огня или при воздействии температуры около 200 °С вследствие разложения этого слоя на поверхности древесины образуется слой трудновозгораемой пены толщиной от 2 до 3 см. Он препятствует доступу кислорода и защищает дерево в течение определенного времени от дальнейшего сгорания. Оба вида этих средств следует ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЯ ОТ ПОЖАРА Пассивная защита от пожара зданий сооружений Особое внимание к вопросам пожарной безопасности обусловлено непредсказуемостью возникновения и развития пожаров. Возгорание может привести не только к нанесению материального ущерба, но и реально угрожать жизни людей Значение противопожарной профилактики возрастает из года в год В основе пассивной защиты лежит использование уже на этапе проектирования и возведения здания широкого спектра мер противопожарной безопасности, целью которых является защита людей от огня в случае его возникновения и локализация возгорания 70 до 80% от общего числа пожаров, происходящих ежегодно в Российской Федерации приходится на жилой сектор Основное количество пожаров в жилье происходит по так называемым непрофилактируемым причинам, т. е. по вине людей, находящихся в состоянии ограниченной дееспособности (состояние опьянения, психические заболевания, возрастная немощь, детская шалость и т. д.). В жилых домах гибнет около 90% от общего количества погибших при пожаре по стране. Главные причины гибели людей при пожарах - действие продуктов горения (до 76% от общего числа погибших) и высокая температура (до 19% от общего числа погибших). К числу объективных причин относится высокая степень изношенности жилого фонда, причем здесь речь идет и о конструкциях зданий, и об их инженерном обеспечении; отсутствие экономических возможностей поддержания противопожарного состояния зданий, низкая обеспеченность жилых зданий средствами обнаружения и оповещения о пожаре, а также современными первичными средствами пожаротушения. Наличие в квартирах и жилых домах легковоспламеняющихся предметов, синтетических изделий и разнообразной бытовой техники, с одной стороны, увеличивает потенциальную возможность возникновения пожаров, а с другой стороны, делает даже самый незначительный пожар опасным для жизни и здоровья людей из-за выделения ядовитых газов при горении синтетических материалов. Другими источниками пожарной опасности являются: подвалы, чердаки, санитарно-кухонные узлы. Наименее опасны в пожарном отношении малоэтажные здания из несгораемых материалов (кирпича, железобетона), наибольшую же опасность представляют здания из деревянных конструкций. Кроме того, большую опасность представляет применение сгораемых теплозвукоизоляционных материалов (опилок, листьев, торфа и т. п.), в особенности полимерных (пенополистирола, пенополиуретана и др.). Большинство малоэтажных жилых домов имеют печное отопление. По статистическим данным, примерно каждый десятый пожар в жилом доме и надворных постройках происходит от неисправности печей и дымоходов, их неправильного устройства или эксплуатации. Многоэтажные дома, как правило, основной вид жилья в крупных населенных пунктах. Особенностью, усугубляющей пожарную опасность жилых зданий, является наличие встроенных в них помещений иного назначения: учреждений торговли, связи, коммунально-бытового назначения, общественного питания и др. При возникновении пожара во встроенном помещении возникает угроза для жизни людей, живущих на верхних этажах. В зданиях высотой более пяти этажей есть мусоропроводы и лифты, которые также могут представлять опасность с точки зрения возможного задымления. Пожары в многоэтажных жилых зданиях могут распространяться по кабельным коммуникациям, если проемы в местах прохождения труб не заделаны строительным раствором или бетоном. Для зданий повышенной этажности характерны быстрое развитие пожара по вертикали и большая сложность спасательных работ. Продукты горения движутся в сторону лестничных клеток и шахт лифтов. Скорость их распространения по вертикали может превышать 10 и более метров в минуту. В течение нескольких минут здание полностью задымляется, и находиться в помещениях без средств защиты органов дыхания невозможно. Наиболее интенсивно происходит задымление верхних этажей, особенно с подветренной стороны. От высокой температуры управление лифтами выходит из строя, и кабины блокируются в шахтах. Быстро установить место нахождения лифта при отключенном электропитании не представляется возможным и люди, находящиеся в нем, погибают. При пожаре на верхних этажах очень сложно производить разведку пожара, спасение людей и подачу средств тушения. Вся противопожарная защита здания делится на пассивную (перегородки, стены, двери в ТЦ) и активную, с применением систем автоматики (сигнализация, оповещение, тушение и т.д.). СНиПы и МГСН касаются пассивной безопасности здания, а требования к активной безопасности установлены в НПБ по проектированию и установке сигнализации, автоматического пожаротушения и т.д. Кроме того, требования к пожарной безопасности содержатся в СНиПах по отоплению, вентиляции, кондиционированию и в ПУЭ (Правила устройства электроустановок). Все это дополняется огромным количеством ГОСТов, которые регламентируют требования к отдельным частям системы противопожарной защиты. Полный перечень документов, где содержатся все существующие требования к противопожарной безопасности торгового центра, включает в себя порядка трех десятков нормативных документов. В строительных конструкциях зданий и сооружений применяются материалы, различные по происхождению и классу пожарной опасности. Структурные элементы из железобетона, бетона и кирпича имеют повышенную сопротивляемость открытому пламени и могут не разрушаться при его воздействии в течение десятков минут, а иногда даже нескольких часов. Стальные конструкции не горят и не способствуют распространению пожара, но при 10-15-минутном огневом воздействии теряют несущую способность. Несколько дольше при горении продолжают сохранять несущую способность массивные деревянные конструкции, однако они способствуют распространению и развитию огня. Глубокий анализ и изучение пожароопасных свойств строительных материалов, оценка "поведения" конструкций при пожаре, проведение расчета прочности и устойчивости зданий при огневом воздействии - все это позволяет разработать и предложить потребителям высокоэффективные способы огнезащиты конструктивных элементов. Создаваемые по результатам анализа конкретные технические и организационные меры по обеспечению пожарной безопасности позволяют совершенствовать защищенность зданий и сооружений в целом. Огнезащита конструкций является составной частью общей системы мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и огнестойкости зданий и сооружений и направлена на снижение пожарной опасности конструкций. Основные задачи огнезащиты включают в себя: • предупреждение возгорания; • прекращение развития пожара на начальной стадии; • создание "пассивной" локализации пожара; • ослабление опасных факторов пожара; • расширение возможности применения новых прогрессивных проектных решений. Огнезащита предназначена для повышения фактического предела огнестойкости конструкций до требуемых значений и ограничения предела распространения огня по конструкциям и кабельным линиям, а также для снижения горючести материалов; при этом обращается внимание на сокращение так называемых побочных эффектов (дымообразования, выделения газообразных токсичных веществ). Огнезащита стальных несущих конструкций Сталь является негорючим материалом, но, как и все материалы, используемые в строительстве, не может в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур, возникающих внутри здания при пожаре. При температуре до 250 °С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, затем этот предел постепенно снижается, и при 400 °С прочность стали вновь принимает свое первоначальное значение. Критическая температура, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500 °С. Нагрев металлических сооружений в условиях пожара зависит от множества факторов, среди которых основными являются интенсивность огня и способы теплозащиты металлоконструкций. Конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под воздействием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокируя тепловой поток от огня к поверхности конструкций, предохраняет ее от быстрого прогревания и позволяет сохранить несущую способность в течение заданного времени. Металлы отличаются высокой теплопроводностью, поэтому их огнезащита заключается в создании на поверхности металлических элементов конструкций теплоизолирующих экранов, выдерживающих воздействие огня или высоких температур. Наличие теплоизолирующих экранов позволяет конструкциям при пожаре замедлить прогревание металла и сохранить свои функции в течение определенного времени, то есть до наступления критической температуры, при которой начинается потеря несущей способности. Можно выделить следующие способы огнезащиты стальных конструкций: • облицовка конструкций огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ); • нанесение непосредственно на поверхность конструкций огнезащитных покрытий (обмазка, окраска, напыление и т.д.); • комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов огнезащиты. Предельное состояние по огнестойкости строительных конструкций характеризуется: • потерей несущей способности в результате обрушения или достижения предельных деформаций (R); • потерей целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е); • потерей теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции более чем на 140 °С (I). Согласно п. 8.2 ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость", в зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и сооружений для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций, применяются следующие предельные состояния: • для колонн, балок, ферм, арок и рам - только потеря несущей способности конструкции и узлов (R); • для наружных несущих стен и покрытий - потеря несущей способности и целостности (R, E); • для наружных ненесущих стен - только потеря целостности (Е); • для ненесущих внутренних стен и перегородок - потеря теплоизолирующей способности и целостности (Е, I); • для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности (R, Е, I). Фактический предел огнестойкости стальных конструкций (см. табл. 1) при так называемом стандартном пожаре в зависимости от толщины элементов и величины действующих напряжений равен 6-15 минутам. Значение требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляет от 15 минут до 4 часов в зависимости от степени огнестойкости здания и типа конструкций. Однако большинство незащищенных стальных конструкций может удовлетворять минимальным требованиям по пределу огнестойкости лишь до 15 минут. Это позволяет сделать вывод о том, что область применения металлических конструкций ограничена по огнестойкости, так как не обеспечивается выполнение следующего условия безопасности: Пф / Птр где Пф - фактический предел огнестойкости конструкций; Птр - требуемый (нормативный) предел огнестойкости. Это условие безопасности является основным критерием обоснования необходимости огнезащиты металлических конструкций, то есть если значение показателя Пф больше или равно значению Птр, то огнезащита не требуется, а при Пф меньше Птр огнезащита обязательна. Необходимые пределы огнестойкости строительных конструкций определяются исходя из требуемой степени огнестойкости зданий (сооружений) по таблице 4* СНиП 21-01-97". Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций можно установить двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетным методом (RI). В соответствии с методикой расчета, изложенной в"Пособии по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов" (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР, Москва, 1985 г.), следует считать, что металлические конструкции не распространяют огонь (предел распространения огня здесь нужно приравнивать к нулю). Предел огнестойкости несущих металлоконструкций зависит от приведенной толщины металла (6пр, мм) и собственного предела огнестойкости. Приведенная толщина металла вычисляется по формуле: Тпр = F/P, где F - площадь сечения (мм2), значение которой для проката фасонной стали берется по сортаменту (ГОСТу), а для составных (сварных) сечений определяется из расчета суммы площадей составляющих элементов конструкций; Р - периметр обогреваемой поверхности конструкции (мм). Обогреваемый периметр металлоконструкций определяется без учета поверхностей, примыкающих к плитам, настилам перекрытий и стенам при условии, что предел огнестойкости этих конструкций не ниже предела огнестойкости обогреваемой конструкции. Для ферм и других статически определимых конструкций, состоящих из элементов различного сечения, приведенная толщина металла определяется по наименьшему значению для всех нагруженных элементов. При установлении предела огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой по IV предельному состоянию (для конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями и испытываемых без нагрузок, предельным состоянием будет достижение критической температуры материала конструкции) в качестве критической температуры следует принимать параметр 500 °С (Пособие по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов, п. 2.34). Продлить время сохранения свойств металлов в условиях пожара (когда это необходимо и экономически оправдано) можно, используя следующие способы: • выбор изделий из металлов, более стойких к воздействию пожара. Здесь преимущество отдается сталям (вместо алюминиевых сплавов), причем низколегированным, а не углеродистым. При выборе арматурных изделий следует предпочесть арматуру, не упрочненную наклепом и термообработкой; • изготовление специальных металлических изделий, более стойких к нагреву; • огнезащита металлоизделий (конструкций) посредством нанесения внешних теплоизоляционных слоев. Огнезащита металлоконструкций путем обетонирования по армирующей стальной сетке, оштукатуривания или облицовки негорючими листовыми материалами значительно утяжеляет конструкции и является весьма трудоемкой, что делает ее в ряде случаев неприемлемой. В настоящее время все большее распространение получают новые менее трудоемкие методы с использованием огнезащитных составов, незначительно утяжеляющих конструкции. Наиболее технологичным является нанесение на поверхность объекта тонкослойных вспучивающихся огнезащитных составов (красок). Их огнезащитные свойства проявляются за счет увеличения толщины слоя и изменения теплофизических характеристик при тепловом воздействии в условиях пожара. Вспучивающиеся огнезащитные краски (покрытия) представляют собой композиционные материалы, имеющие в своем составе полимерное вяжущее и наполнители (антипирены, газообразователи, жаростойкие вещества и стабилизаторы вспененного угольного слоя). При нагревании они разлагаются вокруг защищаемой конструкции с поглощением тепла, происходит выделение инертных газов и паров, которые замещают атмосферный кислород и блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляя пламя вблизи слоя покрытия, уменьшают радиационный поток тепла и замедляют процесс горения. Вспучивающиеся покрытия содержат компоненты, которые являются источником образования вспененного угольного слоя, покрывающего поверхность конструкции. Этот слой постепенно закоксовывается, становится жестким. Вспененный слой, отличаясь низкой теплопроводностью, выполняет функцию теплозащитного экрана, который замедляет распространение тепла по конструкции и ее прогрев, в результате чего обработанный объект значительно позже попадает в область критической температуры. Сегодня на территории Российской Федерации для обеспечения огнезащиты строительных конструкций используется широкий спектр средств огнезащитных материалов (штукатурные составы, вспучивающиеся краски, обмазки, минераловатные плиты (маты), сухие штукатурки), имеющие различную огнезащитную эффективность и соответственно достоинства и недостатки. Для существующих огнезащитных составов, красок и мастик, сертифицированных в соответствии с методикой, описанной в НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности", определена лишь группа их огнезащитной эффективности.  |