Распространение огня по наружным конструкциям при пожаре

Введение

Требования пожарной безопасности, предъявляемые к строительным конструкциям зданий и сооружений с внешней стороны, в частности к отделке и системам утепления фасадов, регулируются Федеральным законом № 123-ФЗ от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Так, в зданиях и сооружениях I-III степеней огнестойкости, кроме малоэтажных (до трех этажей) жилых домов, не допускается выполнять отделку внешних поверхностей наружных стен из материалов групп горючести Г2–Г4, а фасадные системы не должны распространять горение.

В соответствии с классом конструктивной пожарной опасности здания в Федеральном законе № 123-ФЗ от 22.07.2008 также определены требования к классу пожарной опасности наружных стен с внешней стороны.

Метод определения пожарной опасности наружных стен с внешней стороны описан в ГОСТ 31251-2003, в котором устанавливаются классы пожарной опасности наружных стен зданий с внешней стороны при наличии систем внешней изоляции, отделки толщиной более 0,5 мм, оклейки и облицовки.

Наружные фасадные системы утепления зданий широко используются в России. Только в Москве площадь оштукатуренных фасадов составляет почти 5 млн м², а навесных фасадных систем – 6,6 млн м². При этом навесные фасадные системы применяются, как правило, при строительстве (реконструкции) промышленных (73%) и торгово-коммерческих объектов (69%).

Вместе с тем используемые на российском рынке фасадные системы часто не имеют технических свидетельств и необходимых сертификатов. Нередки случаи возгорания конструкций навесных вентилируемых фасадов при их монтаже в результате несоблюдения правил пожарной безопасности при проведении сварочных работ. Особенно это относится к фасадным системам, в которых для защиты утеплителя применяются сгораемые влагозащитные мембраны и кашировки.

Как свидетельствует практика, пожары с распространением пламени по наружным фасадам особенно опасны, в связи с этим очевидна необходимость рассмотрения особенностей развития таких пожаров и определения методов исследования тепловых воздействий на наружные строительные конструкции.

Обзор наиболее характерных пожаров с распространением горения по фасадам

В некоторых видах фасадных систем используются горючие материалы, что значительно повышает класс конструктивной пожарной опасности зданий. При этом использование сильногорючих утеплителей может привести к быстрому распространению пламени и образованию токсичных продуктов горения. Например, фасад 15-этажного здания «Дукат-Плейс III» (Москва, ул. Гашека) был облицован композитным материалом, группа горючести которого – Г4 (сильногорючие материалы). В апреле 2007 г. от короткого замыкания электропроводки на фасаде вспыхнул пожар, который с 9-го этажа дошел до крыши.

Часто в качестве несущего каркаса применяются алюминиевые профили и элементы, которые при пожаре теряют свое назначение, что может привести к разрушению конструкций фасада. При этом падающие во время пожара элементы этих конструкций представляют серьезную опасность для людей, особенно при пожаре в высотных зданиях.

Пожар в 2005 г. в столице Казахстана Астане в 32-этажном «Транспорт-Тауэр» высотой 130 м показал, что применение фасадных систем с горючими материалами может привести к распространению пожара не только на верхние, но и на нижние этажи. Первоначально загорелись кровля и верхние три этажа. В результате пожара полностью выгорели кровля, пламенем уничтожена облицовка около 15 этажей на одной стороне и всех 32 этажей – на другой. Пожар сопровождался разлетом осколков фасада и стекла.

Высока вероятность возникновения и быстрого распространения пожара по фасаду на стадии строительства. Так, в Пекине в феврале 2009 г. произошел пожар в строящемся 40-этажном здании высотой 159 м, входящем в новый комплекс Центрального телевидения Китая. Быстрому распространению пожара способствовало то, что фасад был облицован материалом, содержащим экструзионный пенополистирол. Высотное здание выгорело полностью. При пожаре пострадало 7 пожарных. Ущерб от пожара оценен в 100 млн евро.

В апреле 2013 г. в г. Грозном загорелось одно из зданий комплекса «Грозный-Сити» – 42-этажная башня «Олимп» высотой 145 м. Комплекс высотных зданий «Грозный-Сити» занимает площадь в 4,5 га и состоит из семи строений: жилого небоскреба (башня «Олимп»), двух 30-этажных и двух 18-этажных жилых домов, а также двух 30-этажных зданий (пятизвездочного отеля и соседствующего с ним делового центра). Огонь распространился по фасаду здания. Площадь пожара составила около 18 тыс. м². К его тушению было привлечено более 200 сотрудников МЧС России и 31 ед. техники. На ликвидацию пожара ушло почти семь часов. Возгорание произошло при проведении огневых работ по обустройству места примыкания гидроизолирующего покрытия кровли 3-го этажа стилобатной части здания к вертикальным наружным стенам основной части здания с внешней стороны, где уже была смонтирована фасадная система с воздушным зазором.

Основными причинами распространения пожара по фасаду явились нарушения при проектировании и монтаже навесной фасадной системы. Облицовка основной плоскости фасада была выполнена из кассет коробчатого типа из окрашенного листа алюмокомпозитного горючего матеориала «Alubond», имеющего группу горючести Г2–Г4. Противопожарная отсечка (противопожарный короб) по периметру оконных проемов, которая выполняется из панелей из коррозионностойких тонколистовых сталей или из сталей с антикоррозионным покрытием, в конструкции навесного фасада отсутствовала.

Кроме того, конструкция несущего каркаса имела жесткое соединение, созданное посредсгвом электросварки, как внутри между отдельными элементами, так и со строительным основанием. Жесткое соединение элементов несущего каркаса между собой не позволяет обеспечить компенсацию температурных деформаций при термических расширениях. В результате этого конструкция была сильно деформирована, что способствовало выпадению элементов фасадной системы.

Еще один трагический пожар произошел в г. Шанхае (Китай) в ноябре 2010 г. при ремонте здания без выселения жильцов. Пожар возник в 28-этажном жилом здании. В здании проживали 156 семей, 58 человек погибли. Вокруг фасадов здания были установлены строительные леса, на которых проводился ремонт фасадов. Пожар начался на этих лесах в результате загорания горючих строительных материалов. Официальная причина пожара – нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ. Распространение пожара по строительным лесам по всей высоте здания привело к возникновению высокотемпературного воздействия почти одновременно на всю наружную поверхность фасада здания. В результате этого произошло почти одновременно быстрое разрушение (в течение одной-трех минут) остекления проемов по всей высоте наружных ограждений здания. Через образовавшиеся открытые проемы пламя практически одновременно распространилось внутрь помещений большинства этажей высотного здания.

Причиной возникновения и распространения пожара по фасаду здания может быть и внешний источник, находящийся вне здания. Так, в ноябре 2010 г. в г. Дижон (Франция) погибло 7 и 11 чел. травмировано при пожаре в 9-этажном жилом здании. Кроме того, трое пожарных пострадали от продуктов горения. Пожар распространился по фасаду от горящего контейнера отходов. Быстрому распространению огня по фасаду способствовало наличие в облицовке здания горючего пенополистирола. При этом наблюдалось проникновение огня в здание через окна. В данном случае было недостаточно прибытия через 10 мин пожарных и наличия в здании системы обнаружения пожара для того, чтобы избежать трагического развития пожара.

Характерным примером распространения огня по фасаду с этажа на этаж через оконные проемы является пожар, который произошел в феврале 2005 г. в здании высотой 106 м в деловом районе г. Мадрида (Испания). Возгорание началось на 21-м этаже, по оценкам, от короткого замыкания. Наличие светопрозрачного фасада с большими проемами в ограждениях и отсутствие в здании огнестойких стекол способствовали распространению пожара на верхние этажи. Выгорела практически вся верхняя часть здания, в результате было решено его снести. Следует отметить, что развитие пожара стало следствием неверных действий персонала, служащие пытались самостоятельно потушить пожар, а пожарные прибыли на место пожара только через 2 ч.

Обобщение данных по пожарам, при которых горение распространялось по фасадам зданий, позволило выявить следующие особенности перехода пламени с этажа на этаж через оконные проемы: время развития пожара в помещении – 10–15 мин; средняя высота пламени над оконным проемом – 2,5–3 м; максимальная высота пламени над оконным проемом – 4–6 м; максимальная мощность пламени над оконным проемом – 1–2 МВт; время перехода пожара с этажа на этаж через окна – 15–20 мин.

Механизм распространения пламени по фасадам зданий

Примеры распространения пожаров по фасадам зданий показывают высокую опасность таких пожаров, которые при наличии горючей облицовки имеют значительную скорость распространения.

В зависимости от функционального назначения и архитектурных особенностей в зданиях и сооружениях используются различные фасады и облицовки.

Основные виды фасадов:

• кирпичные (каменные);
• деревянные (из брусьев, бревен и т. д.);
• бетонные (монолитные);
• оштукатуренные (окрашенные);
• светопрозрачные;
• полимерные (виниловые сайдинги, панели);
• штукатурные системы наружного утепления фасадов зданий с применением полимерных утеплителей;
• навесные вентилируемые фасады – системы наружной теплоизоляции фасадов с воздушным зазором между утеплителем и облицовкой.

Пожарная опасность строительных конструкций с внешней стороны (фасадов) определяется, и первую очередь, пожарной опасностью используемых материалов.

На характер вертикального распространения пожара по зданию влияет не только пожарная опасность строительных конструкций с внешней стороны (фасадов), но и конструктивные особенности зданий, а также параметры возникшего пожара.

Основные пути распространения пожара с одного этажа на другой:

• по горючим материалам (строительным конструкциям) с внешней стороны (фасадам) (возгорание облицовки может возникнуть в результате воздействия пламени из окна, а также от пламени соседнего здания и иного источника);
• из проема (окна) горящего помещения от воздействия выходящего пламени (переход пожара с этажа на этаж через окна, возможно распространение также на соседние здания);
• через отверстия и трещины, образующиеся в местах стыка перекрытий и наружных стен вследствие недостаточной огнестойкости мест крепления конструкций;
• через отверстия в перекрытиях вследствие недостаточной огнестойкости строительных конструкций;
• посредством горящих капель при плавлении строительных и других материалов (металлы, сплавы, композитные материалы), при этом возможно распространение пожара вниз;
• через технологические отверстия в перекрытиях и стенах (кабельные проходки, воздуховоды и т. п.);
• через коридоры и лестничные клетки.

Выход пламени из оконного проема здания обычно возникает в результате интенсивного пожара в помещении. Обращающиеся при этом конвективные и лучистые потоки достаточно высоки, чтобы воспламенить горючую облицовку наружных стен.

На процесс распространения пламени по горючей облицовке фасада влияет ряд факторов. Среди них можно выделить:

• внешние условия (тепловое воздействие из оконного проема, тепловые воздействия горящей облицовки, потери тепла на внутренней стороне облицовки);
• характеристики материала облицовки (температура воспламенения, скорость распространения пламени по материалу и др.);
• механическое поведение фасадной системы (облицовки) при повышенных значениях температуры.

Методы расчета тепловых воздействий на наружные конструкции

Еврокоды (Европейские кодексы, Еврокодексы) – региональные модельные (типовые) стандарты, разработанные коллективными усилиями национальных органов по стандартизации стран-членов Европейского Союза – части 1 и 2, посвященные вопросам пожарной безопасности – определяют характерные особенности обеспечения огнестойкости конструкций, учет которых при проектировании будет способствовать выполнению конструкциями требуемых функций (несущей и/или ограждающей) в течение установленной продолжительности регламентируемого воздействия пожара при заданном уровне нагрузки.

В EN 1991-1-2:2002 Еврокод 1 «Воздействия на конструкции» (части 1 и 2) рассмотрены тепловые и механические воздействия на строительные конструкции при пожаре и установлены принципы и правила определения таких воздействий, которые должны применяться совместно с требованиями других еврокодов.

В приложении к EN 1991-1-2:2002 Еврокод 1 изложен метод расчета тепловых воздействий на наружные конструкции. Данный метод позволяет определить максимальную температуру в пожарном отсеке (секции), размеры и температуру пламени из проемов, а также параметры излучения и конвекции. В основу метода положены геометрические модели пламени и расчетные формулы.

Методом предусматривается рассмотрение установившихся условий для различных параметров, и он применим при значениях удельной пожарной нагрузки qf,d > 200 МДж / м². При расчетах учитываются также размеры помещения, проемов, окон, очага пожара и др.

Меры по ограничению распространения пожара по фасадам

Ограничение распространения пожара в здании достигается комплексом мер, включающих в себя требования, касающиеся огнестойкости и пожарной безопасности строительных конструкций, а также требования к объемно-планировочным решениям и конструктивному исполнению пожарных отсеков, лестничных клеток и путей эвакуации (Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008 Технический регламент о требованиях пожарной безопасности и СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям).

Для того чтобы снизить риск распространения пожара из помещения через оконные проемы, используются три подхода:

• тушение или ограничение пожара в помещении (например, применение автоматической системы пожаротушения);
• ограничение выхода пожара из проема (огнестойкие стекла, дренчерные завесы и др.);
• ограничение распространения огня по фасадам (рассечки, козырьки).

В целях снижения вероятности распространения огня по фасадам применяются вертикальные рассечки (пояса) из негорючих материалов (как правило, над оконными проемами) и горизонтальные козырьки (навесы, балконы).

Горизонтальные козырьки над оконными проемами являются существенным барьером для тепловых воздействий пожара. Так, наличие козырька над оконным проемом длиной 1 м уменьшает тепловой поток на 85%.

Эффективность использования вертикальных рассечек для снижения тепловых воздействий из оконного проема значительно ниже эффективности применения горизонтальных козырьков. Так, для уменьшения теплового воздействия на 50% необходим негорючий пояс высотой 2,5 м. Вместе с тем в ряде стран в строительных нормах указываются требования к вертикальным рассечкам. Так, в США размеры рассечек должны быть не менее 0,914 м, в Великобритании – 1 м, в Австралии – 0,9 м, в Швеции – 1,2 м. Как правило, в строительных нормах также предполагается, что рассечки должны быть из негорючих материалов с определенной огнестойкостью. В США данные требования применяются в зданиях высотой более 3 этажей.

Требования к горизонтальным козырькам над проемами содержатся также в строительных нормах США. Длина таких козырьков не менее 0,762 м. В Австралии принято, что длина козырьков не менее 1,1 м, при этом они должны выходить за пределы проема по горизонтали на 0,45 м.

Выводы

Как показывает анализ характерных пожаров с распространением пламени по фасадам, использование горючих материалов и нарушение технологии монтажа фасадных систем могут иметь серьезные последствия.

На характер вертикального распространения пожара по зданию влияет не только пожарная опасность строительных конструкций с внешней стороны, но и конструктивные особенности зданий, а также параметры возникшего пожара.

Применение вертикальных рассечек и горизонтальных козырьков над проемами значительно снижает опасность распространения пламени по фасадам.