Разнообразные строительные нормы определяют порядок строительства зданий для различных целей. Важную роль в них занимает пожарная безопасность зданий.

К важнейшим параметрам, принимаемым во внимание при создании проектов зданий, относится предел огнестойкости строительных конструкций.

Этот термин позволяет оценить уровень сопротивления постройки действию огня во время пожара при высоких температурах. Он измеряется промежутком времени, за которым следует начало необратимых нарушений целостности конструкции:

• объект теряет несущую способность;
• объект теряет конструктивную целостность;
• теряется теплоизоляционная способность объекта.

Составляющие огнестойкости

Обычно несущая способность строения обозначается (R). При пожаре она равняется времени максимального прогиба и опасной деформации или обрушения здания.

Целостность строения, обозначаемая (Е), - время возникновения в конструкции трещин или дыр, через которые огонь и продукты горения могут просочиться на площади, не тронутые пожаром.

Теплоизоляционная способность строения прекращается, когда на поверхностях конструкции, которых не коснулся пожар, происходит повышение температуры до предельного уровня - обозначается (I), или поток тепла (W) на некотором отдалении от охваченного пожаром фрагмента конструкции максимален.

Классификация материалов по огнестойкости

Определение предела огнестойкости конструкций происходит опытным путем в результате проведения испытаний стройматериалов в обстановке, близкой к условиям пожара. Полученные результаты позволяют разделить материалы на классы пожарной безопасности, они могут быть разной степени пожароопасности - от пожаробезопасных до пожароопасных.

Способы увеличения уровня огнестойкости

Чтобы сделать выше пожарную безопасность строительных построек, используются противопожарные преграды. Они предназначены для того чтобы увеличить срок расширения пожара и распространения дыма путем отсечения пожара от прочих помещений.

К их числу относятся особые перегородки, стены и перекрытия, защищающие от пожара. Существуют также минерализированные полосы, экраны, водяные завесы.

Увеличить огнестойкость конструкций помогают модифицированные материалы. Можно использовать конструктивные элементы увеличенного сечения, особые марки бетона с уменьшенной теплопроводностью. Также наносятся слои штукатурки, выполненные из материалов, которые обладают повышенной устойчивостью к высоким температурам. Пределы огнестойкости материалов в случае такой модификации увеличиваются.

Строительные детали из металла обладают малым уровнем огнестойкости, составляющим всего несколько минут. Чтобы предел огнестойкости металлоконструкций увеличить, их окрашивают особыми вспучивающимися красками.

Подобным способом увеличивают сопротивляемость пожару деталей из дерева. С этой целью используются особые антипиреновые пропитки, а также оштукатуривание и окрашивание. Уменьшить же горючесть пластика почти невозможно. От жара и пламени они в самом начале пожара начинают разрушаться. В ходе их разрушения выделяются вещества, которые крайне вредны для здоровья людей, что особенно опасно при пожаре.

Нормативные документы

Огнестойкость зданий регулируется СНиПами. В случае производственных зданий в зависимости от степени огнестойкости присваивается категория построек по пожарной опасности и взрывоопасности (А-Д). При оценке категории помещений нужно иметь информацию о температуре вспышки горючих жидкостей. Ею считается наименьшая температура жидкости, позволяющая образовать смесь пара с воздухом над поверхностью, которая может воспламеняться. В зависимости от температуры вспышки жидкости могут быть легковоспламеняющимися и горючими. У первых температура вспышки до 61°С, у вторых - более 61°С.

Для жилых зданий на основании степени огнестойкости постройки из таблицы в СНиП 21-01-97* получаются нужные пределы огнестойкости всех конструкций.

Для того чтобы была обеспечена пожарная безопасность, необходимо соответствие условию: реальный предел огнестойкости конструкций (Пр) должен быть больше или равняться требуемому (Птр): (Пф>Птр).

Строительные материалы

Для оценки пожароопасности строительных материалов служит несколько пожарно-технических параметров:

• горючесть;
• воспламеняемость;
• распространение огня по поверхности;
• способность к дымообразованию;
• токсичность.

Так, в соответствии с горючестью стройматериалы бывают:

• слабогорючие;
• умеренногорючие
• нормальногорючие;
• сильногорючие.

Огневые испытания

Пределы распространения пламени оцениваются в соответствии с размерами повреждений, полученных в результате горения за пределами зоны действия стандартного пожара. Этот параметр оценивается способом огневых испытаний конструкций по особой методике.

Воспроизведение стандартного пожара происходит в печах, которые футерованы огнеупорным кирпичом. В таких печах сжигается керосин с использованием специальных форсунок. Процесс сгорания в печах контролируют термопары, отдаленные от поверхностей конструкций, подвергаемых испытаниям, на 10 см. Действие форсунок регулируется таким образом, чтобы огонь их не контактировал с термопарами и поверхностями испытываемых конструкций. Температура внутри печи (°С) в ходе испытаний изменяется согласно формуле:

T - T 0 = 345lg(8Ƭ+1)

где Ƭ - период времени, прошедший со старта испытания, мин; T 0 - исходная температура; T- результирующая температура в печи за время Ƭ.

Расчет стойкости к пожару

Предел огнестойкости конструкций можно и рассчитать эмпирически. Для этого должны быть известны схемы их разрушения под воздействием огня и параметры теплофизики, прочности, деформации стройматериалов при наличии высоких температур.

Как правило, такой расчет заключается в решении задач статики и теплотехники. Теплотехнический расчет состоит в нахождении температуры конструкции при воздействии пламени по ее сечению. Статическая задача решается по определенной во время огневых испытаний схеме разрушения. При ее решении применяются уравнения равновесия и деформации. Расчет в статике дает возможность определить, как зависит уменьшение прочности или увеличение деформаций конструкций от срока действия огня. На основе этих расчетов предел огнестойкости находится как период, после которого несущая способность конструкции уменьшается до уровня рабочей нагрузки или деформация становится максимальной. Иногда может быть сразу определена критическая температура, которая может обрушить конструкцию.

Использование данных расчетов

Информация о пределах огнестойкости и распространении пламени служит для проектов строений, которые по нормативной документации делятся на пять групп огнестойкости. Для них существуют необходимые пределы огнестойкости и распространения пламени конструкций. Пределы огнестойкости находятся в диапазоне 0,25 - 2,5 часов, пределы распространения пламени 0 - 400 мм. Для увеличения огнестойкости используют методы огнезащиты.

Категории огнестойкости дверей

Имеющиеся нормы, согласно которым сертифицируются противопожарные двери, регулируют защиту помещений от пламени и дыма в некотором интервале времени.

Рассматриваются такие параметры:

• утрата несущей способности (R) - появление критических деформаций, которые мешают открыванию дверей;
• утрата целостности (Е) - появление сквозных дыр и трещин, пропускающих огонь и дым на внешнюю поверхность.
• утрата теплоизолирующей способности (I) - нагревание внешней части двери до критических значений.

Предел огнестойкости дверей измеряется в минутах и означает время, на исходе которого дверь теряет способность выполнять противопожарные функции. Этот параметр называют индексом REI. Если он равен 30, следовательно предел огнестойкости - 30 минут по любому из трех параметров.

Противопожарные двери выпускаются с огнестойкостью 30 и далее с интервалом в 30 минут. Самый большой период огнестойкости составляет 360 минут. Необходимость в таких дверях возникает в случае специальных производственных объектов. Такой срок способны выдержать лишь двери, имеющие особое заполнение коробов и полотен. В такой ситуации это касается не только параметров одной отдельной двери, но и влияет на предел огнестойкости перегородок.

К противопожарным преградам относятся противопожарные стены (брандмауэры), перегородки, перекрытия, двери, ворота, люки, тамбур-шлюзы, автоматические задвижки.

Противопожарные стены должны иметь предел огнестойкости не менее 2,5 ч. Они должны опираться на самостоятельные фундаменты, разрезать по вертикали все конструктивные элементы здания и возвышаться над негорючими кровлями не мене чем на 0,3 м, а над горючими и трудногорючими - не менее чем на 0,6 м. В зданиях с железобетонными каркасами допускается устанавливать брандмауэры непосредственно на конструкции каркаса. Если крыши и покрытия негорючи, противопожарные стены могут не разделять их и не возвышаться над ними.

Проемы в противопожарных преградах (двери, окна, люки и др.) должны быть негорючими или трудногорючими с пределом огнестойкости не менее 1,2 часа (например, двери с деревянными полотнищами толщиной 4 см, обшитые кровельной сталью по асбесту, имеют предел огнестойкости 1,7 часа). Общая площадь проемов в противопожарной преграде не должна превышать 25% всей ее площади.

Для предупреждения перехода огня из одного помещения в другое по вентиляционным каналам и в местах прохода вентиляции через противопожарные стены устраивают автоматические огнестойкие заслонки, задвижки и т.д. В нормальном состоянии заслонки удерживаются открытыми, а в случае возникновения пожара закрываются при помощи датчиков, реагирующих на температуру.

Проемы во внутренних стенах полиграфических предприятий, а также ведущие непосредственно на лестничную клетку оборудуются противопожарными дверями, с пределом огнестойкости не менее 0,75 часа. Шахты в помещениях машинных отделений подъемников ограждаются несгораемыми стенами и дверями с пределом огнестойкости не менее 1 часа. Шахты элеваторов, соединяющие два и более этажей, также должны быть ограждены несгораемыми стенками и дверями. Ограждение металлическими сетками допускается только для пассажирских подъемников, расположенных в лестничной клетке.

Пути эвакуации людей из зданий и помещений

Во всех зданиях и помещениях на случай пожара должна быть предусмотрена своевременная и безопасная эвакуация людей через эвакуационные выходы (двери, проходы, коридоры, лестничные клетки и др.).

Выходы являются эвакуационными, если они ведут из помещений:

первого этажа наружу непосредственно или через коридор, вестибюль, лестничную клетку;

любого этажа, кроме первого, в коридор, ведущий на лестничную клетку, или непосредственно на лестничную клетку;

в соседнее помещение на том же этаже, обеспеченное эвакуационными выходами.

Не допускается предусматривать эвакуационные проходы через помещения категорий А и Б и тамбур-шлюзы при них, а также через производственные помещения в зданиях IIIб, IV, IVа и V степени огнестойкости.

Эвакуационных выходов должно быть не менее двух (они должны быть рассредоточены). Минимальное расстояние l между наиболее удаленными один от другого эвакуационного выходами из помещений находят по формуле

,

где P - периметр помещения.

Допускается проектировать один эвакуационный выход из помещения (за исключением подвального и цокольного этажа), если этот выход ведет к двум другим эвакуационным выходам с этого этажа. При этом расстояние от наиболее удаленного рабочего места до выхода не должно превышать 25 м, а число работающих в помещении должно быть не более 5 человек для производств категорий А и Б ; 25 человек для категории В и 50 человек для категорий Г и Д .

Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода наружу или на лестничную клетку принимается согласно СНиП 2.09.02-85 в зависимости от объема помещения, категории производства, степени огнестойкости здания и плотности людского потока в общем проходе. Так, при объеме помещения до 15000 м 3 , для производств категорий А и Б , I, II и IIIа степеней огнестойкости здания и плотности людского потока в общем проходе от 1 до 3 чел/м 2 , это расстояние должно составлять 25 м; для категорий В - 60 м, а для категорий Г и Д - не ограничивается.

Минимальная ширина путей эвакуации должна быть не менее 1 м, а дверей - не менее 0,8 м. Ширина наружных дверей лестничных клеток должна быть не менее ширины марша лестницы. Ширину проходов и лестниц к единичным рабочим местам допускается принимать 0,7 м, а для эвакуации не более 50 чел. - 0,9 м.

Ширина марша лестницы в зависимости от числа эвакуирующихся по ней людей, а также ширина дверей, коридоров или проходов на путях эвакуации должна приниматься из расчета 0,6 м на 100 человек.

Для зданий, высота которых от уровня земли до верха карниза или парапета более 10 м следует проектировать стальные наружные пожарные лестницы. Они могут быть вертикальные или с уклоном. Вертикальные, шириной 0,7 м, устраиваются при высоте зданий от 10 до 20 м. Лестницы с уклоном устанавливаются на зданиях, высотой более 20 м. Они должны быть шириной 0,7 м, с площадками не реже чем через 8 м по высоте, и должны быть снабжены поручнями. Уклон делается не более чем 6:1. Расстояние между пожарными лестницами по периметру здания должно быть не более 200 м.

Для строительных конструкций, а также зданий или сооружений важным фактором является огнестойкость. Огнестойкость -- это способность строительных конструкций сохранять свои рабочие функции под действием высоких температур пожара. Огнестойкость зданий и сооружений делят на пять степеней, которым должны соответствовать пределы огнестойкости строительных конструкций и пределы распространения огня по ним. В соответствии со степенью огнестойкости и категорией пожарной опасности производства определяют этажность здания.

Для жилых зданий количество этажей и допустимая площадь застройки находятся в зависимости от степени огнестойкости. Для промышленных зданий для определения допустимой этажности проводят вначале оценку взрывопожарной опасности производства (категорию пожарной опасности).

Огнестойкость строительных конструкций характеризуется пределом огнестойкости П. Под пределом огнестойкости понимают время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность. Потеря несущей способности означает обрушение строительной конструкции при пожаре. Потеря ограждающей способности означает прогрев конструкции при пожаре до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение веществ, находящихся в смежных помещениях, или образование в конструкции трещин, через которые могут проникать в соседние помещения продукты горения.

Различают фактический и требуемый предел огнестойкости. Требуемая огнестойкость -- тот минимальный предел огнестойкости Лтр, которым должна обладать соответствующая строительная конструкция, чтобы удовлетворить требованиям пожарной безопасности. Значения требуемых пределов огнестойкости определяют опытным путем. Фактический предел огнестойкости Пф запроектированных или уже функционирующих конструкций определяют расчетным путем. Расчет зависит от того, по какому из названных выше признаков определяют предел огнестойкости.

Если в помещении находятся разные горючие вещества, то продолжительность пожара определяют по веществу с большей нагрузкой пола. Пределы огнестойкости строительных конструкций не всегда удовлетворяют требованиям безопасности, вследствие чего предел огнестойкости стремятся повышать.

Поведение железобетонных конструкций при действии высоких температур различно для разных типов конструкций. Предел огнестойкости центрально сжатых железобетонных колонн с гибкой арматурой зависит отсечения колонн, теплотехнических показателей материала колонн, коэффициента изменения прочности бетона при действии высоких температур. Поэтому при необходимости увеличения пределов огнестойкости колонн рекомендуют увеличение сечения, выбор бетона с меньшим коэффициентом температуропроводности, снижение нагрузки на колонну, выбор бетона с более высокой критической температурой, что достигается подбором вяжущих веществ и соответствующих заполнителей для бетонов или применением жаростойких бетонов.

Повышение пределов огнестойкости свободно опертых плит и балок может быть достигнуто путем увеличе пия толщины защитного слоя бетона, снижения его температуропроводности, нанесения штукатурок или облицовок из малотеплопроводных материалов, уменьшения нагрузки и выбора арматуры с более высокой критической температурой.

Опыты и наблюдения на пожарах показали, что огнестойкость стальных несущих конструкций незначительна, они в основном под действием высоких температур теряют устойчивость. Предел огнестойкости металлических конструкций ограничивается несколькими минутами и зависит от их сечения и температуры пожара. Особенно неблагоприятные условия работы для металлических конструкций при пожаре создаются в тех случаях, когда они находятся в сочетании с горючими материалами, например деревянные прогоны и обрешетки, горючая кровля, заполнение перекрытий горючими материалами. Такое сочетание вызывает быстрое распространение пожара на значительной площади.

Увеличение огнестойкости металлических конструкций осуществляют с помощью технических и проектных решений. К техническим решениям, замедляющим нагрев конструкций до критических температур, относят применение штукатурки, облицовки вспучивающихся красок. Использование вспучивающихся красок очень выгодно. Окраска слоем 2,5...3 мм по огнезащитному эффекту равноценна штукатурке или облицовочным плитам толщиной 2,5...3 см.

В качестве строительного материала широко применяется древесина. Чтобы предотвратить ее воспламенение, необходимы защитные меры. Древесина, предварительно обработанная защитными средствами, подвергаясь действию огня, будет разлагаться, но ие воспламеняется. Вследствие этого горение открытым пламенем не будет возникать и распространяться от действия внешнего источника огня. Кроме общеизвестной и широко применяемой для строительных деревянных конструкций облицовки (штукатурки) обработка древесины может осуществляться с помощью обмазки, окраски, пропитки и минерализации.

Обработка древесины окраской состоит в том, что на поверхность древесины наносят плотный слой обмазки или краски, приготовленной из таких веществ, которые сами по себе не горят, достаточно долго не разрушаются в огне и малотеплопроводны.

Обработка древесины пропитыванием огнезащитными веществами -- антипиренами более эффективно защищает от загорания, чем окраска. Но этот способ огнезащитной обработки более дорог и трудоемок.

Пластмассы и полимерные материалы, применяемые в строительстве, имеют очень малую огнестойкость. Уже при температуре 300°С они размягчаются и разлагаются.

Продукты разложения и горения обладают токсическими свойствами.

Наибольшее внимание уделяется огнезащите ненесущих (навесных) панелей с заполнителями из полимерных материалов.