Здания и их устойчивость при пожаре / Roytman - Zdaniya i ikh ustoychivost pri pozhare 2013

установлено в ГОСТ 12.1.033–81 [39]. В соответствии с этим стандартом система противопожарной защиты объекта должна обладать таким уровнем, при котором обеспечивается требуемая безопасность людей при пожаре, т. е. выполняется условие

Pф Pн,

(4.10)

где Рф – фактическая (расчетная) вероятность воздействия ОФП в год на одного человека; Рн – нормативная вероятность воздействия ОФП в год на одного человека.

Математическая модель расчета вероятности воздействия опасных факторов пожара на человека основана на методе построения и анализа «дерева опасностей» в системе «объект – человек – пожар». Расчет вероятности проводится, исходя из вероятности одновременного появления всех случайных факторов, характеризующих условия возникновения и развития пожара, состояния системы противопожарной защиты и ситуации, при которой человек не смог своевременно эвакуироваться или спастисьпри пожаре.

Необходимо также учитывать, что вероятность основных событий может быть вычислена по статистическим данным. Исключение составляют лишь события, связанные с определением своевременности эвакуации и спасения людей. Для определения этих вероятностей предложено следующее условие безопасности, которое можно представить как частный критерий безопасности:

τн.эв τэвр

τбл/ОФП ,

(4.11)

где τн.эв – время от момента возникновения пожара до начала эвакуации; τрэв – время движения людей по эвакуационным путям в безопасную зону;

τбл/ОФП – время блокирования эвакуации под воздействием ОФП.

Таким образом, обеспечение пожарной безопасности здания должно быть основано на рассмотрении системы «здание – пожар – человек», критерием эффективности которой является уровень безопасности людей в здании при пожаре. Поэтому структурно-логическая модель пожаробезопасного применения материалов должна основываться на всестороннем анализе опасных для людей ситуаций, которые могут возникнуть из-за применения этих материалов в здании. В дальнейшем это позволит, исходя из условий и критериев пожаробезопасного применения, устанавливать требуемую пожаробезопасность (или предельно допустимую пожарную опасность) материалов для рассматриваемой области применения (рис. 4.27).

Рассматривая звено «человек», можно отметить, что в настоящее время безопасность людей в здании при пожаре во многом определяется тем, насколько своевременно с момента начала пожара завершается эвакуация

171

людей из зон, где в период развития пожара могут возникнуть опасные для жизни людей ситуации. В этом направлении разрабатываются соответствующие мероприятия противопожарной защиты, направленные на минимизацию продолжительности эвакуации. Обеспечение успешной эвакуации является необходимым, но не всегда достаточным условием обеспечения полной безопасности людей при пожаре. Это обусловлено тем, что во многих случаях из-за различных субъективных и объективных причин часть людей не успевает своевременно эвакуироваться из здания и их спасание затем производят пожарные подразделения. Возникновение таких ситуаций может быть связано с отказом или несоответствием требованиям безопасности систем обнаружения, оповещения и управления эвакуацией людей, а также из-за ограниченной способности людей к самостоятельной эвакуации или недооценки ими степени опасности развития пожара. Поэтому с точки зрения полного обеспечения безопасности людей в здании при пожаре противопожарное нормирование применения материалов в строительстве должно быть направлено не только на обеспечение безопасности эвакуации, но и на предотвращение гибели людей, которые не эвакуировались из здания.

			Здание
Развитие пожара			Эвакуация людей		Область применения
					строительного материала
		Опасные для людей ситуации

Условия пожаробезопасного применения строительного материала

Критерии пожаробезопасного применения строительного материала

Требуемая пожарная безопасность строительного материала

Рис. 4.27. Структурная схема определения требуемой пожарной безопасности строительных материалов

172

Исходя из изложенного, можно определить следующие критерии пожаробезопасного применения материалов в здании:

–применение строительных материалов не должно приводить к блокированию эвакуации людей из здания при пожаре;

–применение строительных материалов не должно приводить к распространению огня по зданию, что может стать причиной гибели людей, своевременно не эвакуировавшихся при пожаре.

Удобно рассмотреть условия безопасного использования строительных материалов на примере полимерных отделочных материалов.

В соответствии с этими критериями условия безопасности применения материалов имеют следующий вид:

τблотд Кбτэв;	(4.12а)
τотдр.п Кбτт.п,	(4.12б)

где τотдбл – время от начала развития пожара до блокирования эвакуации, мин; Кб – коэффициент безопасности; τэв – время от начала развития пожара до завершения эвакуации, мин; τотдр.п – время от начала развития пожара

до распространения огня по отделке в здании, мин; τт.п – время от начала развития пожара до спасания людей пожарными подразделениями, мин.

При пожаре в здании, независимо от места его возникновения, эвакуация людей по отношению к месту применения материала может проходить по трем вариантам: 1) эвакуация проходит через помещения, где применен материал; 2) эвакуация проходит через помещения, конструктивно связанные с первыми; 3) спасание людей проходит по наружным пожарным лестницам или их спасание осуществляется пожарными подразделениями. Для каждого из этих вариантов имеются свои условия образования опасных для людей ситуаций. В первом случае к блокированию эвакуации приводит возгорание материала. Во втором – образование в объеме эвакуационного пути опасных для людей уровней токсичности окружающей среды, повышенной температуры или потери видимости на пути движения. В третьем – быстрое распространение огня по зданию. В связи с этим предельно допустимая пожарная опасность отделочного материала должна устанавливаться с учетом всех возможных для людей ситуаций.

В частности, применение отделки в коридоре жилого этажа гостиницы может стать причиной образования следующих трех опасных для людей ситуаций:

1. Блокирование эвакуации людей с этажа пожара из-за воспламенения отделки при условии

τвосплотд τэвэт ,

(4.13)

173

где отдвоспл – время от начала пожара до воспламенения отделки, мин;этэв – время от начала пожара до завершения эвакуации людей с этажа по-

жара, мин.

2. Блокирование эвакуации людей с других этажей здания из-за выгорания отделки и образование в объеме эвакуационного пути опасных факторов пожара: потери видимости, повышенной токсичности продуктов горения и температуры окружающей среды при условии

τОФПотд τэвзд ,

(4.14)

где отдОФП – время от начала пожара до образования опасных факторов по-

жара, мин; здэв – время от начала пожара до завершения эвакуации людей

из здания, мин.

3. Угроза воздействия огня и других ОФП на людей, которые своевременно не эвакуировались и остались в здании. Причиной возникновения этой ситуации может стать способность отделки распространять пламя по поверхности. Условие возникновения ситуации можно представить в следующем виде:

τотдр.п τт.п ,

(4.15)

где τотдр.п – время от начала пожара до распространения пожара, мин;

τт.п – время от начала пожара до прибытия пожарных подразделений и начала тушения пожара, мин.

Общая структурно-логическая модель нормирования предельно допустимой пожароопасности применяемых отделок для коридоров зданий гостиниц представлена на рис. 4.28. В соответствии с этой моделью отделка должна обладать достаточно низкой (с точки зрения предотвращения опасных для людей ситуаций) способностью к воспламенению, распространению пламени по поверхности, а также образованию дыма, токсичных продуктов горения и тепла.

Предельно допустимые значения этих свойств определяются в зависимости от расчетных ситуаций, которые складываются в коридоре за время эвакуации людей и до начала тушения пожара подразделениями пожарной охраны.

Как известно, развитие пожара в здании носит случайный характер и зависит от множества стохастических и детерминированных факторов. Поэтому для обеспечения необходимой и достаточной безопасности применения отделок необходимо требования к ним устанавливать, исходя из максимального температурного режима пожара, который он может достигать в период наибольшей продолжительности эвакуации, и времени начала тушения пожара в зданиях гостиниц.

174

Ситуации при пожаре, опасные для людей

Блокирование эвакуации людей с этажа пожара

Блокирование эвакуации людей с других этажей здания

Воздействие ОФП на людей, которые не эвакуировались из здания

Условия пожаробезопасного применения ПСМ

Предотвращение		Предотвращение		Предотвращение
воспламенения ПСМ		воспламенения ПСМ		распространения огня
до завершения эвакуации		до завершения эвакуации		в здании по ПСМ
людей		людейсдругихэтажейздания

Нормируемые показатели пожарной опасности ПСМ

Максимальная плотность		Показатель токсичности		Минимальная плотность
				падающего теплового
падающего теплового		продуктов горения,
				потока, при котором
потока, при котором ПСМ		коэффициентдымообразования,
не воспламеняется		низшая теплота сгорания		отделка распространяет
				пламя по поверхности

Рис. 4.28. Структурно-логическая модель пожаробезопасного применения полимерных строительных материалов (ПСМ)

Режим развития пожара может быть установлен расчетом или при проведении натурных экспериментальных исследований, в которых должны быть реализованы самые благоприятные условия развития пожара, характерные для зданий гостиниц. Эти условия могут быть установлены при анализе проектных решений и по статистическим данным возникновения и развития пожаров.

175

5.Огнестойкость строительных конструкций, зданий и сооружений, общие подходы к ее оценке

5.1.Понятие об огнестойкости

Различные строительные конструкции, здания и сооружения поразному ведут себя в условиях воздействия пожара (см. разд. 1). В связи с этим при разработке системы мер по противопожарной защите помещений и зданий возникла необходимость в специальном показателе, с помощью которого можно было бы сравнивать способность различных объектов сопротивляться воздействию пожара.

В качестве такого показателя было принято [3, 4, 27, 29–30, 32, 46–59] понятие огнестойкость объектов.

Огнестойкость является международной пожарно-технической характеристикой, регламентируемой строительными нормами и правилами, которая характеризует способность конструкций и зданий сопротивляться воздействию пожара [3, 4, 27, 29–30, 32, 46–59].

Если объект имеет недостаточную огнестойкость (неспособен сопротивляться воздействию пожара в течение необходимого времени), то вся система противопожарной защиты (СПЗ) здания может стать неэффективной.

По этой причине огнестойкость конструкций и зданий помимо своей прямой функции (обеспечение требуемого сопротивления объекта воздействию пожара) является также базовым элементом СПЗ зданий, так как это определяющий параметр для выбора остальных элементов за-

щиты [3, 32].

В связи с этим оценка огнестойкости строительных объектов – обязательный и важный элемент процесса строительного проектирования зданий и сооружений, в том числе высотных.

5.2.Огнестойкость строительных конструкций

Предел огнестойкости конструкций

Количественной характеристикой огнестойкости конструкций является предел огнестойкости [3, 4, 27, 29–30, 32, 46–59].

Предел огнестойкости – это промежуток времени (в минутах) от начала огневого испытания конструкции при «стандартном» температурном режиме до наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:

176

1)потеря несущей способности – обрушение или недопустимый прогиб (обозначение в нормах – R);

2)потеря целостности – образование в конструкциях или стыках сквозных трещин или сквозных отверстий (обозначение в нормах – Е), через которые в смежное помещение проникают продукты горения или пламя;

3)потеря теплоизолирующей способности – повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем больше чем на 140 °С;

влюбой точке этой поверхности более чем на 180 °С по сравнению с температурой конструкции до нагрева; до 220 °С – независимо от температуры конструкции до нагрева (обозначение в нормах – I);

4)достижение допустимой величины плотности потока теплового излучения, равной 3,5 кВт/м2 (с отклонением ±5 %); измерения производятся на расстоянии 0,5 м от необогреваемой поверхности конструкции (обозначение в нормах – W).

Предел огнестойкости элементов, используемых для заполнения проемов в противопожарных преградах, регламентируется по потере целостности Е, теплоизолирующей способности I, достижению предельной величины плотности теплового потокаW и (или) дымогазонепроницаемости S.

Обозначения пределов огнестойкости приняты в соответствии с рекомендациями Комитета европейского нормирования. С учетом этих обозначений значение предела огнестойкости конкретной конструкции включает

всебя условное обозначение предельного состояния и цифру, соответствующую периоду времени (в мин) достижения того или иного предельного состояния.

В зависимости от вида конструкций и их роли в устойчивости зданий и сооружений рассматриваются те или иные предельные состояния конструкций по огнестойкости:

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

–для наружных стен и покрытий – потеря несущей способности и целостности – RE;

–для ненесущих стен и перегородок – потеря целостности и теплоизолирующей способности – EI;

–для противопожарных стен и перекрытий – потеря несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности – REI.

Например, в строительных нормах и правилах указано, что предел огнестойкости конструкции равен R 120. Это значит, что конструкция должна иметь предел огнестойкости не менее 120 мин по признаку R – потере несущей способности. Или предел огнестойкости конструкции равен REI 30. Это значит, что предел огнестойкости конструкции равен 30 мин, независимо от того, какое из трех предельных состояний (R, Еили I) наступило первым.

177

Если для конструкции нормируются (или устанавливаются) различные пределы огнестойкости по различным предельным состояниям, то обозначение предела огнестойкости может состоять из двух или трех частей, разделенных между собой наклонной чертой. Например: R 120/EI 60 – предел огнестойкости 120 мин по потере несущей способности, предел огнестойкости 60 мин по потере целостности или теплоизолирующей способности независимо от того, какое из двух последних предельных состояний наступит раньше.

Пределы огнестойкости запроектированных или реально существующих конструкций принято называть фактическими, а нормируемые – требуемыми и обозначать соответственно Пф и Птр.

Требование пожарной безопасности к строительной конструкции по критерию ее огнестойкости считается выполненным, когда фактический предел огнестойкости конструкции превышает требуемый или равняется ему, т. е. при соблюдении условия

Пф ≥ Птр.

(5.1)

Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций определяются по нормам [3, 32] в зависимости от требуемой степени огнестойкости здания.

Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций определяются двумя способами: экспериментальным (путем специальных огневых испытаний) и путем расчета.

Методы оценки огнестойкости конструкций

Основным, наиболее надежным, методом определения фактических пределов огнестойкости строительных конструкций является экспериментальный метод.

В настоящее время во всех развитых странах имеются специальные институты, лаборатории, полигоны, в которых проводятся исследования и испытания огнестойкости различных объектов [4, 5, 29, 30, 46–59].

Экспериментальные методы и средства оценки огнестойкости включают в себя:

–натурные наблюдения пожаров, огневые испытания фрагментов зданий;

–огневые стандартные и нестандартные испытания элементов конструкций в натуральную величину, огневые испытания модельных конструкций.

Главная идея испытаний конструкций на огнестойкость – наиболее точное воспроизведение поведения конструкции при огневом воздействии на нее. Для этого конструкцию, выполненную в натуральную величину,

178

устанавливают, опирают и нагружают в соответствии с реальными условиями ее эксплуатации в здании, затем подвергают огневому воздействию в соответствии со схемой наиболее неблагоприятного для нее случая воздействия пожара в здании.

В ходе огневых испытаний по определению пределов огнестойкости конструкции фиксируется время с момента начала эксперимента до момента наступления одного или нескольких из предельных состояний по огнестойкости. Это экспериментально полученное время и является фактическим пределом огнестойкости.

Огнестойкость строительных конструкций экспериментальным способом определяется на основании испытания образцов конструкций в специальных огневых установках (рис. 5.1).

		4		4
		2		1
		1		2
		3
				3
	2	а
		4	1	б

в

Рис. 5.1. Схемы печей для огневых испытаний конструкций на огнестойкость:

а – стен и перегородок; б – колонн; в – перекрытий и покрытий: 1 – огневая камера; 2 – опытный образец; 3 – платформа; 4 – нагрузка

На основании многолетнего опыта испытаний строительных конструкций в условиях воздействия пожара в 1959 г. Международная организация по стандартизации (ИСО) разработала специальный стандарт № 834 для огневых испытаний строительных конструкций.

Единый температурный режим, который был регламентирован этим стандартом ИСО для проведения огневых испытаний конструкций на воздействие пожара, получил название «стандартного» температурного режима пожара или температурного режима стандартного огневого испытания.

179

«Стандартный» температурный режим пожара представляется в виде следующей зависимости температуры среды в огневой камере от времени (рис. 5.2):

T st (τ) 345 lg (8τ 1) T		,	(5.2)
f	0

где Tfst – температура в огневой камере установки для определения преде-

лов огнестойкости конструкций в зависимости от времени стандартного испытания τ; τ – время стандартного огневого испытания, мин; Т0 – начальная температура среды, °С (обычно принимают Т0 = 20 °С).

T, C

T = 345 lg (8 +1)

1 100

1 000
900
800			, мин T, C
			5		556
700
600			10		659
500			15		718
400			30		821
300			60		925
200			90		986
100			120	1 029
			180	1 090
0	1	2	3	4	5	, ч

Рис. 5.2. Стандартная кривая «температура – время», используемая при огневых испытаниях конструкций на огнестойкость

180