Огонь в легком строительстве
|
При использовании легких конструкций, в особенности многослойных, встречаются новые проблемы огнезащиты. Исходя из условий защиты от пожара, проектировщик вынужден применять в основных несущих конструкциях и по меньшей мере в части конструкций стен и перегородок несгораемые или трудносгораемые материалы (например, железобетон) . Огнестойкость легких конструкций требует тщательного изучения по следующим причинам: - показатели возгораемости используемых материалов могут быть существенно улучшены путем тщательного их подбора; - показатели огнестойкости легких конструкций в значительной степени зависят от того, как они и их соединения запроектированы; - легкие конструкции все более широко применяются в качестве несущих. В Венгрии требования по защите от пожара содержатся в стандарте MSZ-595-64 "Возгораемость строительных материалов и огнестойкость зданий и строительных конструкций" и в инструкции 1/1963 BM. В ФРГ соответствующим стандартом является DIN4-102. В случае пожара важным является не только возгораемость строительных конструкций, но также степень их повреждаемости в результате воздействия огня. Степень огнестойкости строительных конструкций определяется как время от начала стандартного огневого испытания по MSZ-14800/1 до достижения одного из следующих состояний: - огонь или горячие газы проникают через конструктивный элемент; - на стороне, противоположной огневому воздействию, средняя температура достигает 150 °C или максимальная температура какой-либо точки достигает 180 °С; - конструкция утрачивает свою несущую способность, включая нарушение ее связей с какой-либо другой несущей конструкцией. Лабораторные огневые испытания детально здесь не рассматриваются, так как они представляют интерес лишь для узкого круга специалистов. На результаты испытаний оказывают влияние условия размещения конструкции при испытании (расположение, опирание и т.п.), а также методика их проведения. Инструкция 1/1963 BM классифицирует зоны зданий на пять категорий пожароопасности: А — особо опасные в отношении пожара и взрыва; В — пожаро- и взрывоопасные; С — пожароопасные; X — умеренной пожароопасности; E — пожаробезопасные. Венгерский стандарт MSZ 595-64 предусматривает классификацию зданий по их огнестойкости на пять категорий: I — высокой огнестойкости; II — средней огнестойкости; III — удовлетворительной огнестойкости; IV — обладающие стойкостью к возгоранию; V — не обладающие стойкостью к возгоранию. В табл. 12 приведены категории возгораемости и минимальные значения показателей огнестойкости в соответствии с Венгерским стандартом MSZ 595-64.  Советские нормы, введенные в действие с 1 января 1971 г., делят здания на пять степеней огнестойкости. В России здания по этажности классифицируются следующим образом: одноэтажные, двухэтажные, трех-пятиэтажные, шести-девятиэтажные, 10-16-этажные и выше 16 этажей. Высотные здания представляют наибольшую опасность в случае пожара, так как эвакуация людей из них затруднена и более длительна. Поэтому к ним предъявляются наиболее жесткие требования. Технические требования норм MSZ -595, приведенные в табл. 12, в основном идентичны советским нормам, за исключением того, что они разрешают в зданиях II класса огнестойкости применение наружных стен с трудносгораемым утеплителем, если эти стены с обеих сторон имеют покрытие из несгораемого материала. Советские же нормы позволяют применять сгораемые материалы только в ненесущих наружных стенах одноэтажных зданий III класса, кроме зданий, в которых размещаются учреждения здравоохранения (больницы и т.п.), ясли, детские сады и студенческие общежития. Советские нормы разрешают применение несгораемых перекрытий с пределом огнестойкости 0,75 ч в зданиях I и II классов при высоте не более девяти этажей. В зданиях большей этажности требуется предел огнестойкости 1 ч. Конструкция подвесного потолка также должна быть выполнена из несгораемых материалов. Венгерские нормативные требования допускают применение перегородок, не обладающих огнестойкостью (дощатых, фанерных и т.п.), и перегородок с пределом огнестойкости 0,5 ч внутри квартир и в общественных помещениях площадью не более 80 м2 при условии отсутствия какой-либо пожарной опасности. При установлении соответствующих требований также принимаются во внимание этажность, площадь и другие особенности зданий. Например, на многоэтажные жилые здания распространяются специальные нормы 1/1965 BM. Учет различных побочных действий пожара (дыма, газов, коррозии, вредных для здоровья, а иногда смертельных токсичных выделений и т.п.) представляет сложную задачу и не имеет еще полного отражения в нормативных требованиях. Серьезное внимание следует уделить предотвращению распространения дыма. При пожаре, произошедшем в США, люди умирали в результате удушья от дыма в помещениях, расположенных на 22-м этаже, выше очага пожара. В последнее время придается большое значение использованию методов вентиляции для предотвращения распространения дыма и огня. Распространение дыма по вертикали легко предотвратить путем создания избыточного давления воздуха в лестничной клетке и лифтовой шахте. Значение защиты от дыма возросло ввиду того, что многие новые материалы (прежде всего пластмассы) создают при горении значительное большее количество намного более ядовитого дыма, чем древесина. Распространение огня и дыма в значительной степени зависит от принятых архитектурно-планировочных и конструктивных решений. При совершенствовании противопожарного нормирования следует уделить внимание особенностям легких зданий. Сталь представляет собой несгораемый материал, однако без специальной защиты огнестойкость стальных конструкций зачастую недостаточна. В особенности это касается тонкостенных конструкций. Предел огнестойкости незащищенных тонкостенных стальных конструкций составляет всего 10—12 мин. Известны случаи, когда уже в интервале 15—30 мин от начала пожара стальные конструкции утрачивали свою несущую способность, что приводило к обрушению зданий и другим серьезным повреждениям. Прочностные характеристики стали существенно снижаются при температуре около 400 °C, а при температуре 500—600 °C это снижение достигает недопустимой степени. Предельное условие определяется "критической температурой", составляющей 450—500 °C для стального проката и 350—450 °C для тонкостенных стальных элементов. Поскольку предел огнестойкости стальных конструкций составляет 0,25 ч, а тонкостенных стальных конструкций — только 0,2 ч, их можно применять без специальной защиты только в тех случаях, когда требуемая огнестойкость не превышает указанных пределов. При более высоких требованиях к огнестойкости стальные и алюминиевые конструкции должны быть защищены от огня оштукатуриванием соответствующим материалом, обшивкой или обмазкой. Толщина защитного слоя в зависимости от требуемой огнестойкости указана в табл. 13.  Последние зарубежные исследования выявили возможность в некоторых случаях обойтись без такой защиты. Стальные колонны, расположенные снаружи фасада на расстоянии 400—500 мм от него, при пожаре не будут нагреваться выше 300 °C и сохранят свою несущую способность. В других условиях находятся стальные колонны, размещенные в самой фасадной стене, но даже в этом случае при достаточно больших окнах и незначительном количестве горючего материала в здании (например, при использовании металлической мебели) иногда можно обойтись без специальной защиты. Редко применяемым способом защиты является заполнение полых стальных профилей конструкции водой как это сделано в здании компании "С Стил" в Питтсбурге. Алюминий также относится к несгораемым материалам, но его прочность снижается при температуре уже немного выше 100—120 °C, а температура 160-250 °C для несущих алюминиевых конструкций является критической. Эксперименты, проведенные с незащищенными алюминиевыми конструкциями, показали, что для сплава AiCuMg критической следует считать температуру 170 °C, а для сплавов AtMgSi и AlSC — 200 °C. Предел огнестойкости алюминиевых конструкций, не имеющих специальной защиты, никогда не достигает 0,25 ч, и поэтому их можно применять только там, где не требуется более высокая огнестойкость. Для защиты металлических конструкций от огня разработаны специальные краски нескольких типов, которые вспучиваются при высокой температуре. При их применении для алюминиевых конструкций легко может быть обеспечен предел огнестойкости 0,25 ч, а для стальных — 0,5 ч. При использовании более толстых покрытий, армированных наполнителем, предел огнестойкости алюминиевых конструкций может быть повышен до 0,5 ч, а стальных — до 0,75 ч. Для этой цели в Европе, как правило, применяют составы, выпускаемые западногерманской компанией "Десоваг-Байер" под торговым названием "Алби". Эти покрытия одновременно защищают металлические поверхности и от коррозии. В Венгрии также производятся специальные составы для защиты металлических поверхностей от огня. Одна из их разновидностей без наполнителя наносится как обычная краска, а составы, армированные наполнителем, наносятся или из распылителя, где смешиваются два компонента, или шпателем. В качестве наружного слоя в многослойных элементах часто применяются асбестоцементные листы. Однако они не обеспечивают длительного периода защиты от огня, поскольку при воздействии огня на одну сторону листа толщиной 8-10 мм температура на поверхности другой его стороны уже через 8-9 мин достигнет 150—200 °С, а через 10—12 мин от начала огневого воздействия сам лист будет разрушен. Температура возгорания древесины в зависимости от ее вида (породы) находится в пределах 230—260 °C. Дальнейшее ее горение будет продолжаться при температуре 160—300 °C. Большинство видов применяемой в строительстве древесины относятся к сгораемым, и только древесина некоторых пород, обладающая высокой плотностью, может быть оценена как трудносгораемая. Деревянные элементы, однако, сохраняют часть своей несущей способности даже после обугливания их снаружи. Тонкие древесностружечные и древесноволокнистые плиты возгораются через 2—3 мин после начала горения. Для защиты от огня изделий из древесины и материалов на ее основе существуют два основных метода — пропитка и поверхностная обработка. Путем обработки материалами, замедляющими возгорание и горение, эти изделия можно сделать трудносгораемыми (например, огнезащитной краской "Пирекс"). Большое различие в характере горючести новых строительных материалов оправдывает необходимость их более детальной классификации. Пластмассы, например, благодаря своему органическому составу являются сгораемыми, но их горючесть весьма различна. Стандарт DIN—4102 (1970) различает две основные группы строительных материалов — несгораемые (класс А) и сгораемые (класс Б). Эти основные группы делятся в свою очередь на подгруппы (всего пять подгрупп). Группа сгораемых строительных материалов состоит из трех подгрупп, определяемых как трудносгораемые, нормальносгораемые и легкосгораемые. Часто встречается определение "само-затухающие материалы”. Оно означает, что рассматриваемые материалы горят при воздействии на них открытым пламенем, но если прекратить это воздействие, горение прекращается. Понятие "самозатухание" может, однако, вводить в заблуждение, поскольку: - это явление зависит от количества вовлеченного в процесс горения материала (некоторые материалы, отнесенные на основе испытаний образцов малого размера к категории "самозатухающих", продолжают гореть при прекращении огневого воздействия в процессе полномасштабных огневых испытаний); - брусок древесины 50x100 мм может быть подожжен, но его горение тоже прекратится при удалении источника огня; - критерии применения этого понятия до сих пор точно не определены; - его значимость может быть подвергнута сомнению, так как в течение периода, когда жизнь людей подвергается опасности (до прибытия пожарных), как правило, наблюдается устойчивое пламя. "Самозатухающие" пластмассы, несомненно, горят хуже, чем "несамозатухающие", хотя трудно точно определить это различие, принимая во внимание уже упомянутую неудовлетворительную сущность понятия. В основном "самозатухающие" пластмассы обладают такой же горючестью, как и древесина, другие же пластмассы (сгораемые) обычно горят значительно более интенсивно, чем древесина. Это только приблизительное определение, поскольку горючесть древесины также может значительно различаться в зависимости от породы дерева. Различия между трудно-, нормально- и легкосгораемыми пластмассами также условны, так как один и тот же материал может быть отнесен к той или другой группе в зависимости от его толщины, присоединения к другим материалам и т.п. В настоящее время задачей является производство различных пластмасс трудносгораемой модификации, и сегодня уже почти все типы пластмасс могут быть получены с таким свойством. Стандарт DlN-4102 подразделяет несгораемые материалы на две подгруппы. Материалы второй из них могут содержать небольшое количество органических (сгораемых) материалов или веществ, как, например, покрытые картоном листы сухой гипсовой штукатурки, минеральная вата на связующем из синтетической смолы, металлические листы с пластиковым покрытием и т.п. Многие пластмассы, применяемые в строительной промышленности, образуют при горении токсичные дымы с неприятным запахом и горящие капли, способствующие распространению горения. Применение пластмасс в строительстве, в значительной степени ограниченное их горючестью, предпочтительно в сочетании с несгораемыми материалами: легким бетоном, асбестовыми, гипсовыми или металлическими листами. Жесткий ПВХ горит в пламени, горючесть мягкого ПВХ зависит, наряду с прочими влияющими на нее факторами, от пластификатора. Профилированные листы из полиэфира легко воспламеняются и независимо горят при высокой температуре, поэтому их нельзя применять там, где существует опасность пожара. Имеется и самозатухающая разновидность этого материала. Из пенопластов вспененный мягкий ПВХ, нормальный пенополиуретан и пенополистирол представляют в особенности большую пожароопасность. Значительно лучше их самозатухающие разновидности, при этом следует отметить, что пенополиуретан горит более интенсивно, чем пенополистирол. В соответствии с результатами испытаний, проведенных в Венгрии, конструкция из жесткого пенополиуретана, заключенного между асбестоцементными листами, обладает пределом огнестойкости 0,3 ч. Противоположная огневому воздействию поверхность конструкции из пенополиуретана, заключенного между листами алюминия, прогревается до критической температуры или начинает плавиться через 0,15 или 0,2 ч. Предел огнестойкости конструкции из пенополиуретана, покрытого с двух сторон гипсовыми листами, составляет 0,5—0,7 ч, что позволяет применять эту конструкцию в зданиях III или IV класса огнестойкости. Теплоизоляционные элементы, состоящие из шлаковаты толщиной 100—120 мм, покрытой с обеих сторон полиэфирным стеклопластиком толщиной 1—2 мм, также обладают пределом огнестойкости 0,5 ч, но из-за легкой воспламеняемости облицовочных листов они могут применяться в качестве самостоятельных конструктивных элементов только в зданиях JS и ¥ класса огнестойкости. В приложении к стандарту MSZ 595-64 указаны пределы огнестойкости только небольшого числа легких элементов, при этом классификация их по группам возгораемости основана на результатах советских исследований. Некоторые из этих данных приведены в табл. 14. В особенности сложна оценка огнестойкости многослойных конструкций, и проектировщик не располагает в этой области общими правилами. Поэтому в случае применения таких новых конструктивных элементов лучшим решением является точное следование положениям каких-либо официальных одобрений или разрешений, регламентирующих их применение.  |
