Организация деятельности пожарной охраны / Puchkov - Pozharnaya bezopasnost 2014

Назначение здания (класс функциональной пожарной опасности) Ф1–Ф5

Высота

Степень огнестойкости (требуемая)

I–V

	Этажность
	Вместимость	Класс конструк-	Площадь
		тивной пожарной	этажа
	(ДОУ, ВУЗ,
		опасности здания	(пожарного
	зрелищные)
		С0–С3	отсека)

Категория (промышленные) А–Д

АУП для зданий I–III степени огнестойкости

Многосветные

пространства

Рис. 4.1. Пожарно-техническая классификация зданий и сооружений – параметры, определяющие пожарную безопасность:

ДОУ – детские образовательные учреждения; ВУЗ – высшие учебные заведения; АУП – автоматические и автономные установки пожаротушения

Классификация зданий по степеням огнестойкости, которые определяют требуемые пределы огнестойкости, применяемых строительных конструкций и класс конструктивной пожарной опасности здания, позволяет определить выбор строительных материалов, например:

– в зданиях I степени огнестойкости применяют несущие и ограждающие конструкции из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов, что соответствует классу конструктивной пожарной опасности здания С0;

– в зданиях II степени огнестойкости применяют как несущие и ограждающие конструкции из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона, так и несущие стальные конструкции с конструктивной и поверхностной огнезащитой, что также соответствует классу конструктивной пожарной опасности здания С0, однако в наружных ограждающих конструкциях могут применяться листовые и плитные материалы группы не ниже Г2 по горючести, что соответствует классу С1;

–в зданиях III степени огнестойкости могут применяться стальные несущие конструкции с поверхностной огнезащитой (С0), а также деревянные огнезащищенные конструкции (С2);

–в зданиях IV степени огнестойкости могут применяться незащищенные стальные конструкции (С0) и незащищенные деревянные конструкции (С3), при обеспечении требуемого предела огнестойкости в течение 15 минут;

221

–в зданиях V степени огнестойкости пределы огнестойкости строительных конструкций не нормируются, следовательно, класс конструктивной пожарной опасности допустим С3.

Строительные материалы, из которых изготавливаются конструкции и изделия, характеризуются пожарной опасностью [2], определяемой следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.

Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

–Г1 (слабогорючие);

–Г2 (умеренногорючие);

–ГЗ (нормальногорючие);

–Г4 (сильногорючие).

Горючесть и группы строительных материалов по горючести, а также воспламеняемости, распространению пламени, дымообразующей способности и токсичности устанавливают в соответствии с национальными стандартами.

4.1. Внутренняя планировка зданий

Объемно-планировочной структурой здания называется система объединения главных и вспомогательных помещений избранных размеров

иформы в единую целостную композицию. По признакам расположения

ивзаимосвязи помещений различают несколько основных объемнопланировочных систем зданий:

Анфиладная система предусматривает непосредственный переход из одного помещения в другое через проемы в их стенах. Анфиладная система позволяет создать здание очень компактной и экономичной структуры в связи с отсутствием (или минимальным объемом) коммуникационных помещений. Все основные помещения в здании при анфиладной системе являются проходными, поэтому она применима лишь в зданиях преимущественно экспозиционного характера (музеях, картинных галереях, выставочных павильонах), либо частично в отдельных элементах здания, например, между помещениями одной воспитательной группы в детском дошкольном учреждении.

Система с горизонтальными коммуникационными помещениями

предусматривает связь между основными помещениями через коммуникации (коридоры или галереи).

222

Это позволяет главные помещения проектировать непроходными. Помещения здания по отношению к горизонтальной коммуникации могут располагаться с одной или двух сторон. Планировочная компактность

иэкономичность решения здания с горизонтальными коммуникациями оценивается количеством площади основных и вспомогательных помещений здания на единицу площади или длины коммуникационных помещений. По этому признаку наиболее экономичны схемы с двумя параллельными или кольцевыми коридорами. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями широко применяется в проектировании гражданских зданий самого различного назначения – общежитий, гостиниц, школ, больниц, административных зданий и т. п.

Секционная система заключается в компоновке здания из одного или нескольких характерных фрагментов (секций) с повторяющимися поэтажными планами, причем помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями – лестницей или лестницей

илифтами. Секционная система – основная в проектировании квартирных жилых домов средней и большой этажности фрагментарно включается в объемно-планировочную структуру зданий общежитий, больниц, детских учреждений и др.

Зальная система строится на подчинении относительно небольшого числа подсобных помещений главному зальному, которое определяет функциональное назначение здания в целом. Наиболее распространена зальная система в проектировании зрелищных, спортивных и торговых зданий – спортивный зал, крытый плавательный бассейн, кинотеатр, крытый рынок и др. Зальную систему применяют для зданий с одним или несколькими залами.

Атриумная система – с открытым или крытым двором, вокруг которого размещены основные помещения, связанные с ним непосредственно через открытые (галереи) или закрытые (боковые коридоры) коммуникационные помещения.

Смешанная (комбинированная) система, включающая элементы раз-

личных систем, встречается преимущественно в многофункциональных зданиях. Так, в молодежном клубе или Дворце пионеров зальная система зрелищных и спортивных помещений сочетается с коридорной планировкой помещений для кружковых занятий.

Разработка объемно-планировочного решения осуществляется на основе схемы функциональных процессов, происходящих в здании (функциональной или технологической схем).

Очевидно, что планировочные схемы оказывают непосредственное влияние на распространение опасных факторов пожара (повышенной температуры, снижения видимости, снижения концентрации кислорода, увеличения концентрации токсичных продуктов горения). Например, для

223

ячейковой и коридорной схем, в защите от опасных факторов пожара, прежде всего, нуждается общая горизонтальная коммуникация, по которой будут осуществляться и вынужденная эвакуация и доступ пожарных подразделений к очагу пожара.

Развитие пожара представляет собой физические (теплофизические, процессы газообмена) и химические процессы со сложным механизмом взаимодействия. Как правило, преобладающими физическими факторами являются излучение, конвекция и распространение пламени [5].

Источник зажигания

Воспламенение Материал Время теплового воздействия

Концентрация окислителя

Участок размещения материалов пожарной нагрузки 1

Развитие

Участок размещения материалов пожарной нагрузки n

Помещение

Вспышка

Распространение в соседние помещения

		Пожарная нагрузка
		Расположение пожар-
	Материал
		ной нагрузки
	пожарной	Скорость выгорания
	нагрузки	Теплофизические свой-
		ства
		Принудительная венти-
		ляция
	Газообмен
		Естественная конвекция
		Вынужденная конвек-
		ция

Геометрия помещения Теплофизические свойства строительных конструкций помещения Пожаротушение

Скорость передачи энергии (механизм загорания)

Газообмен Внутреннее пространство

Расположение по отношению к объему, через который передается энергия Системы пожаротушения

Рис. 4.2. Факторы, влияющие на возникновение, развитие и распространение пожара в здании

224

Во время развития пожара под потолком помещения образуется горячий слой газа (рис. 4.3). При определенных условиях этот газовый слой может способствовать быстрому развитию пожара, в том числе наступлению вспышки.

Рис. 4.3. Возникновение и развитие пожара в комнате

Для определения момента вспышки были введены различные критерии. Один из них определяет вспышку как момент времени, когда пламя начинает выходить из проемов в помещении, что соответствует температуре 500–600 °С в верхнем газовом слое. Другой критерий состоит в том, что критическое результирующее излучение на уровне пола комнаты или другого помещения составляет 20 кВт/м2. Используют и другие критерии, но они недостаточно отработаны и соответствуют различным физическим условиям.

На основании корреляции результатов более чем 100 экспериментов и дополнительного исследования балансов энергии и массы при пожарах получено соотношение (4.1), позволяющее определить максимальную скорость тепловыделения, при которой еще не возникает вспышка в комнате или другом помещении с линейными размерами порядка нескольких метров и с негорючим покрытием стен и потолков:

hc. perm

19300 αk

At

A	h
	0,5

,

(4.1)

где hс.perm – максимальная скорость тепловыделения, Вт;

αk – эффективный коэффициент теплоотдачи ограждающих конструкций, Вт/(м2 К).

Момент вспышки означает переход от начальной стадии пожара к развитой стадии пожара.

Пожар в начальной стадии оказывает решающее влияние на функционирование изделий, предназначенных для поддержания уровня безопасности, требуемого для эвакуации или спасения людей. Необходимость функционирования детекторов, систем тревоги, соединительных кабелей, спринклеров относится к этому периоду пожара.

225

Пожар в развитой стадии оказывает влияние на поведение несущих строительных конструкций, а также на распространение пожара из одного помещения в другое через ограждающие конструкции и вентиляционные системы (рис. 4.2), на распространение пожара в здании с одного этажа на другой или распространение пожара из одного здания в другое. В больших помещениях возможно разрушение недостаточно защищенных конструктивных элементов при пожаре в начальной стадии, развивающемся на площади, много меньшей площади помещения в целом (локальном пожаре). Все процессы пожара как в начальной, так и в развитой стадии являются одинаково важными для работы пожарных. Квалифицированные знания о пожаре являются предпосылкой для обеспечения безопасности людей, ликвидирующих последствия пожара, для анализа последствий пожара и возможностей ремонта и повторного использования зданий после пожара.

Прежде чем перейти к противопожарным требованиям, предъявляемым к зданиям и сооружениям, следует разобраться с их отдельными элементами и определениями, от которых такие требования зависят.

От высоты зданий зависят требуемая степень огнестойкости, площадь пожарного отсека, типы применяемых лестничных клеток, необходимость обеспечения здания внутренним противопожарным водопроводом с определенным расходом и числом струй, автоматической пожарной сигнализацией, системой оповещения, системой автоматического пожаротушения, лифтами для перевозки пожарных подразделений и т. д.

Высота здания – разность между отметками поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема (окна) в наружной стене, определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа. При этом, для производственных и складских зданий - высота здания измеряется от пола 1-го этажа до потолка верхнего этажа, включая верхний технический этаж.

Причины такого различия в определениях высоты зданий, объясняются принципиальными различиями в организации пожаротушения. При возникновении пожара в жилом или общественном здании, должен обеспечиваться доступ пожарной техники снаружи в любое помещение здания для организации спасения людей, а также для локализации пожара в пределах одного помещения, квартиры. При возникновении пожара в производственном или складском здании, во главу угла ставится нераспространение пожара на соседние здания и сооружения.

От этажности зданий также как и от высоты зависят требуемая степень огнестойкости, площадь пожарного отсека, типы применяемых лестничных клеток, необходимость обеспечения здания системами противопожарной, в том числе коллективной защиты.

226

Меры по обеспечению огнестойкости объектов являются основными, базовыми элементами системы противопожарной защиты зданий и сооружений. Дело в том, что, с одной стороны, если объект имеет недостаточную огнестойкость (не может сопротивляться в течение необходимого времени воздействию пожара), то вся система противопожарной защиты здания может стать неэффективной.

Кроме того, огнестойкость конструкций и зданий, являясь элементом СПЗ, помимо своей прямой функции обеспечения требуемого сопротивления объекта воздействию пожара, является определяющим параметром для выбора остальных элементов защиты.

Расчетное определение площади пожарного отсека

Известно, что пожарные подразделения в каждом городе располагают силами и средствами, достаточными для того, чтобы потушить пожар на определенной площади за определенное время. При этом учитываются имеющиеся на объектах автоматические и другие установки пожаротушения. Максимальная площадь пожара, на которой он может быть успешно потушен с минимальным ущербом или за допустимое время, принимается за площадь пожарного отсека.

Допустимое время тушения принимается в зависимости от ряда соображений:

– время может быть назначено с учетом того, чтобы пожар был потушен до обрушения основных несущих конструкций. В этом случае площадь отсека должна удовлетворять следующему условию:

t	р

П	ф

/

k	0

,

(4.1.2)

где tp – расчетное время тушения пожара, ч;

Пф – наименьший предел огнестойкости несущей конструкции (перекрытие, покрытие, колонна и т.д.), ч;

k0 – коэффициент безопасности, равный 1,1;

– время может быть назначено, исходя из допустимого ущерба при тушении пожара. Ущерб можно выразить в процентном отношении к первоначальной стоимости хранимых веществ, оборудования и др. Минимальному ущербу от пожара соответствует и минимальное время его тушения. Минимальная продолжительность пожара достигается, например, за счет оборудования зданий автоматическими средствами пожаротушения. Для этого случая площадь отсека должна удовлетворять условию

t	р	t	доп

(4.1.3)

где tдоп – допустимое время тушения пожара из условия обеспечения допустимого ущерба для данного объекта, ч.

227

Опыт показывает, что в ряде случаев при тушении пожара ущерб наносится за счет смачивания водой хранимых веществ и оборудования. Это обстоятельство принимается во внимание при выборе средств пожаротушения и определении допустимого времени тушения.

Как видно из неравенства (4.1.1) и (4.1.2), площадь пожарных отсеков находится в зависимости от допустимой продолжительности тушения пожара, пределов огнестойкости строительных конструкций, и допустимого ущерба при пожаре. Каждая из указанных величин может быть оценена с той или иной степенью точности. Расчетная продолжительность тушения пожара зависит от следующих величин

t	р	f Q, I , F	, t	,
		гор	н

t	0

.

(4.1.4)

Таким образом, неравенства (4.1.2) ны в виде

t	р	f Q, I , F			, t	,
				гор	н
		t	р	f Q, I , F			,
					гор

Из неравенства (4.1.4), получим

и (4.1.3) могут быть представле-

	t	0			П		ф	/ k		0	,	(4.1.5)
t	н	,	t	0		t			доп ,			(4.1.6)

		П	ф	/ k			t	Q
F				0			0
гор				It
						0

.

(4.1.7)

Между площадью поверхности ствует зависимость

F	/
гор

горения и

Fот β ,

площадью отсека суще-

(4.1.8)

где β – коэффициент объемности, представляющий отношение площади поверхности горения к площади пола.

Площадь поверхности горения определяется в зависимости от условий воздухообмена или на основании статистических данных по описанию пожаров.

Из уравнений (4.1.6) и (4.1.7) получим

F		П	ф	/ k	0
от				βIt
							0

t	Q
0

,

(4.1.9)

где Fот – площадь пожарного отсека, м2.

Остановимся на анализе величин, входящих в формулу (4.1.9).

Из формулы (4.1.9) видно, что максимальная площадь отсека зависит от времени тушения, интенсивности тушения и нормативного времени

228

свободного горения, предела огнестойкости конструкций гарантированного расхода средств тушения и коэффициента объемности.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определены экспериментально применительно к условиям стандартного температурного режима.

Имеющиеся методы теоретического определения пределов огнестойкости строительных конструкций также в основном разработаны применительно к условиям стандартного температурного режима. Имеющиеся данные о пределах огнестойкости строительных конструкций, являются справедливыми для условий свободного горения, когда этот процесс не ослабляется введением средств тушения. Фактически же можно отметить следующее:

– температурный режим на пожарах не всегда согласуется со стандартным режимом и существенно зависит от условий тепло- и газообмена. Темп нарастания температур при реальных условиях пожара (даже при свободном горении) может быть выше и ниже, чем при стандартном пожаре. Превышение температуры сверх стандартных (нормативных) значений будет понижать предел огнестойкости строительных конструкций и, наоборот, понижение температуры на пожаре будет способствовать повышению пределов огнестойкости строительных конструкций;

– температурный режим будет существенно зависеть от интенсивности подачи средств тушения и времени введения этих средств тушения.

При введении средств пожаротушения в горящее помещение или сооружение изменение температуры во времени представляется следующим образом.

Принимается, что на предприятиях с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также сжиженных газов интенсивное горение начинается с момента возникновения пожара. При этом до введения сил и средств в течение времени, равного t0, процесс горения рассматривается свободным. С введением сил и средств достаточной интенсивности, хотя и наблюдается понижение среднеобъемной температуры, но не исключается местное воздействие локальных очагов с высокой температурой на строительные конструкции. При современных размерах зданий площадь локальных очагов может быть весьма значительной и способствовать нагреву конструкций до критических для их прочности температур.

Поэтому правомерно принять, что введение привозных средств тушения не оказывает существенного влияния на изменение температурного режима, который рассматривается в данном случае как свободный. Это последнее обстоятельство обусловливается и спецификой тушения пожаров при горении жидкостей. Анализ статистических данных, а также теория тактики пожаротушения показывают, что при значительных площадях пожара

229

эффект тушения может быть достигнут лишь в том случае, если будет сконцентрировано достаточно сил и средств, обеспечивающих оптимальную интенсивность тушения. Учитывая, что пожарные подразделения размещены на различных расстояниях от возможного очага пожара, такая концентрация сил и средств при современной дислокации пожарных подразделений возможна лишь через 30–40 мин. При такой продолжительности свободного горения конструкции прогреваются до значительных температур, способных привести к обрушению здания.

Снижение температуры окружающей среды в этом случае или даже орошение конструкций в течение нормативного времени тушения не может существенно повлиять на их дальнейший прогрев. Кроме этого, надо иметь в виду, что орошение поверхности нагретых до высокой температуры конструкций может вызывать температурные напряжения и разрушения поверхностного слоя.

Вэтом случае горение на пожаре рассматривается как свободное,

авведение привозных систем тушения не учитывается при оценке огнестойкости строительных конструкций.

При применении стационарных систем тушения твердых горючих

веществ время свободного горения t0 принимается равным 10 мин. При такой продолжительности свободного горения прогрев арматуры железобетонных конструкций и уменьшение сечения сжатых элементов еще не достигают критических значений. Дальнейшее снижение температуры окружающей среды и на поверхности конструкций путем введения сил и средств достаточной интенсивности может существенно повлиять на их дальнейшей прогрев и на увеличение пределов огнестойкости. Исключение из этого правила составляют металлические конструкции, которые через 10 мин уже могут потерять несущую способность. Еще большее влияние на изменение пределов огнестойкости строительных конструкций оказывают автоматические системы пожаротушения.

Автоматические системы тушения существенно снижают время до начала тушения и обеспечивают успешное тушение прибывшими подразделениями пожарной охраны. Как уже указывалось, для концентрации достаточного количества сил и средств по тушению пожара ЛВЖ и ГЖ тратится свыше 30 мин. Применение систем автоматического тушения позволяет снизить это время до нескольких минут.

Кроме этого, применение автоматических систем тушения позволяет снизить интенсивность подачи средств тушения. При тушении привозными средствами значительная часть огнегасящих средств не попадает на очаг горения и используется недостаточно эффективно. При работе автоматических систем средства тушения сразу подаются на очаг, существенно снижая температуру и интенсивность горения.

230