Противопожарная защита высотных подземных и уникальных объектов

Некоторые вопросы пожарной безопасности многофункциональных высотных зданий и комплексов

В соответствии с принятой московским правительством градостроительной программой «Новое кольцо Москвы» до 2015 года в Москве должно быть построено 60 высотных жилых, гостиничных и офисных комплексов. Развернуто строительство делового центра «Москва-Сити».

В настоящее время основой для проектирования высотных зданий не только в Москве, но и по России в целом, являются «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и комплексов в городе Москве» (МГСН 4.19-05).
Реализация проектов строительства высотных зданий различного назначения сопряжена с необходимостью решения комплекса задач по обеспечению безопасности каждого такого объекта. Не секрет, что с увеличением размеров любого строительного сооружения повышается вероятность возникновения ситуаций, опасных для жизни людей и целостности здания.
Особое внимание уделяется вопросам обеспечения комплексного подходам к обеспечению пожарной безопасности высотных зданий. Специфика эксплуатации высотных комплексов, а также технические возможности пожарных служб, существенно ограничивает методы и средства борьбы с пожаром, затрудняет эвакуацию людей. Все это выдвигает качественно новые требования и подходы к проектированию и строительству высотных зданий. Невозможно не согласиться с мнением одного из авторитетнейших строителей, генерального директора ОАО «ЦНИИЭП жилища», д.т.н. С.В. Николаева: «Аксиомой для проектов высотных зданий является совместная работа архитектора, геоинженера, конструкторов здания и инженерных систем плюс специалиста по пожарной безопасности и комплексной безопасности всего здания. Это содружество должно возникнуть со стадии концепции проекта и продолжаться как минимум до стадии рабочего проектирования, а лучше – до сдачи проекта «под ключ».

Система пассивной противопожарной защиты (СППЗ) высотных зданий

Регламентируемые в нормативной документации методы и средства борьбы с пожаром разделяются на две категории - на активную и пассивную противопожарную защиту.
Активная противопожарная защита представляет собой набор технических средств, предназначенных для оперативного обнаружения и устранения очагов возгорания.
Основной задачей пассивной противопожарной защиты, в отличие от активной, является не устранение пожара, а предупреждение возгорания, прекращение развития пожара на начальной стадии, локализация и ограничение его распространения. Исходя из этого, следует говорить о Системе пассивной противопожарной защиты (СППЗ), которая основывается:

Производственно-технологической компанией «А+В» разработаны и производятся около 20 наименований сертифицированных конструкций и материалов для Системы пассивной противопожарной защиты многофункциональных высотных зданий и комплексов.

Несущие и ограждающие конструкции
Степень надежности высотных объектов в немалой степени определяется способностью несущих конструкций сопротивляться воздействию высоких температур в течение нормируемого времени, называемого пределом огнестойкости. В России для несущих конструкций высотных зданий установлен предел огнестойкости - до 3 часов (максимально, колонны - R180, стены противопожарные, элементы перекрытий - REI 180).

Несущий каркас высотных зданий сейчас зачастую проектируется из монолитного железобетона.
При кратковременном высокотемпературном огневом воздействии во время пожара в бетоне происходят физико-химические процессы, изменяющие его механические свойства. В начале пожара, при температуре до 200°С, прочность бетона на сжатие практически не изменяется. Происходит дополнительная гидратация клинкерных минералов и повышение прочности заполнителей, что упрочняет структуру бетона. Если влажность бетона выше 3,5 %, то при огневом воздействии и температуре 250°С возможно хрупкое разрушение бетона. С повышением температуры бетона до 350°С вследствие высыхания бетона начинают образовываться трещины от температурной усадки бетона.
При высокотемпературном воздействии свыше 350°С в структуре бетона образуются и развиваются микротрещины в кристаллизационной решетке цементного камня. После нагрева бетона до температуры выше 450°С в охлажденном состоянии свободная окись кальция (известь) цементного камня гасится влагой воздуха, при этом происходит значительное увеличение объема минерала с нарушением структуры бетона. Температурная усадка цементного камня при одновременном расширении заполнителей нарушает связи между ними и разрывает цементный камень на отдельные части.
Охлаждение бетона водой при пожаротушении вызывает дополнительное нарушение структуры в наружных слоях бетона.
При температуре свыше 750°С из цементного камня удаляется химически связанная вода, и структура бетона продолжает нарушаться из-за разности температурных деформаций вяжущего и заполнителей. При температурах нагрева арматуры до 350°С прогиб железобетонного элемента развивается, в основном, за счет температурного расширения арматуры и бетона у более нагреваемой поверхности. Более высокие температуры огневого воздействия позволяют прогибу развиваться, в основном, из-за высокотемпературной ползучести арматуры.
После пожара прочностные и упругопластические свойства бетона практически не восстанавливаются, а в арматуре происходит частичное восстановление прочности и полное восстановление упругости.
Во время пожара защитный слой бетона предохраняет арматуру от быстрого нагрева ее до критической температуры. Повышение огнестойкости железобетонных строительных конструкций до нормативных значений для конкретного может быть достигнуто или за счет увеличения толщины бетона, что в свою очередь приводит к существенному утяжелению конструкций, или за счет нанесения (монтажа) низкоплотных огнезащитных систем пассивной противопожарной защиты (огнезащитные штукатурки или плиты).
По нашему глубокому убеждению несущие железобетонные конструкции высотных многофункциональных зданий в обязательном порядке должны быть защищены от воздействия пожара.

Многофункциональные высотные здания, комплексы и сооружения относятся к первому ответственному уровню надежности, разрушения которых после пожара могут привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям. В лучшем случае восстановление поврежденных пожаром конструкций потребует больших технических сложностей и затрат. Поэтому при проектировании необходимо обеспечить огнесохранность несущих конструкций таких зданий после пожара.
За огнесохранность железобетонной конструкции принимают такое ее состояние, при котором остаточная прочность или необратимые деформации обеспечивают надежную работу после стандартного пожара. Расчет огнесохранности железобетонной конструкции после пожара ведется при расчетных нагрузках и расчетных сопротивлениях бетона и арматуры после огневого воздействия.

Специалисты нашей компании уже много лет и довольно успешно занимаются решением проблем повышения огнестойкости несущих железобетонных и стальных строительных конструкций. Достаточно, наверное, сказать, что мы впервые в России решили задачу противопожарной защиты бетонной обделки автотранспортного тоннеля глубокого заложения (Лефортовский тоннель, 2003 год).
Сегодня архитекторам и строительным подрядчикам мы предлагаем, ставшие уже традиционными, конструктивные огнезащитные материалы – огнезащитную штукатурку Неоспрей и огнестойкие плиты Экопласт, позволяющие обеспечить повышение огнестойкости конструкций до 4-х часов (R240), а также терморасширяющиеся огнезащитные составы Феникс СТВ и Феникс СТС для повышения огнестойкости стальных конструкций, не входящих в состав пожарных зон, до 1,5 часов (R90).

Решение проблем комплексной противопожарной защиты многофункциональных высотных зданий и комплексов требует сегодня и нетрадиционных подходов. Одним из таких подходов (направлений) является создание композиционных огнезащитных систем, которые позволяют вобрать в себя все лучшее, что есть в терморасширяющихся огнезащитных составах и в конструктивной огнезащите.
Такие разработки мы ведем совместно со специалистами группы компаний «Теплоогнезащита», Центра комплексной безопасности НИИ Мосстрой, институтом теплопереноса Академии наук Республики Беларусь. Получены первые обнадеживающие результаты. Использование принципов композиционной огнезащиты позволило решить проблему повышения огнестойкости стальных строительных конструкций с приведенной толщиной менее 3,4 мм до 90 минут.
Успешные эксперименты с комбинацией вспучивающихся огнезащитных составов и огнестойких плит позволили получить высококачественную, но более легкую и экономичную конструктивную защиту несущих и ограждающих конструкций.

Защита инженерных коммуникаций
Традиционно «слабым местом» высотных зданий считаются многочисленные внутренние инженерные коммуникации - силовые и телефонные кабельные линии, вентиляционные шахты и каналы, трубопроводы различного назначения, в буквальном смысле слова, «пронизывают здания от фундамента до шпиля».
Анализ статистических данных показывает, что причиной 20-25% пожаров от общего их числа ежегодно происходящих в России связано с эксплуатацией электроустановок. Такое же соотношение характерно и для многих промышленно развитых стран Европы. Та же статистика показывает, что наибольшее число пожаров при эксплуатации электроустановок связано с кабелями и проводами (более 60%).

Кабель представляет собой сложную многокомпонентную конструкцию, сочетающую в себе наличие горючих материалов (электроизоляция, оболочки кабелей и т.п.) и внутренних источников теплоты в виде нагретых электрическим током токопроводящие жил, которые в аварийных режимах эксплуатации могут стать источниками возгорания.
При горении изоляции и оболочек большинства марок кабелей вместе с дымом выделяются чрезвычайно опасные для жизни человека токсичные газы - HCl, HF, CO и др., что является весьма характерным опасным фактором пожаров в кабельных сооружениях.
Кроме этого, хлористый водород (HCl) в соединении с влагой воздуха образует концентрированную соляную кислоту, что вызывает коррозию металлических деталей электроустановок, электрических изделий, радиоэлектронной аппаратуры, арматуры железобетонных ограждающих конструкций.
Одним из методов снижения (но не устранения) пожарной опасности кабельных линий в современных условиях является прокладка линий из кабелей в исполнения HГ-LS, HГ-HF, HГ-FR (нераспостраняющих горение, с низким дымо - и газовыделением при горении, низкой коррозионной активностью продуктов горения и высокой огнестойкостью).

В соответствии с МГСН 4.19-05 (п.14.78) при строительстве высотных зданий должны «…применяться кабели и провода с медными токопроводящими жилами. Кабели, прокладываемые открыто, должны быть нераспространяющими горение типа НГ-LS или НГ-FR».
В связи с тем, что в большой массе специалистов в области строительства присутствует мнение, что применение таких кабелей снимает все вопросы пожарной безопасности кабельных линий, представляется необходимым напомнить, что пожароопасность кабельных потоков необходимо рассматривать как сложную совокупность различных факторов, обусловленную характером источника зажигания, особенностями распространения горения, горючей "нагрузкой" (количеством горючих материалов на одном погонном метре кабельной линии, максимальная пожарную нагрузку при испытании кабелей категории А по ГОСТ 12176-89 составляет 7 л/м), условиями вентиляции помещения, наличием и эффективностью систем пожаротушения и др. Попросту говоря, если кабели типа НГ разгорятся, то «…мало не покажется». Об этом говорит и опыт одной из тяжелейших техногенных катастроф - пожара в аэропорте Дюссельдорф (ФРГ), произошедшего в апреле1996 года.
Наиболее простым решением обеспечения пожарной безопасности электрических кабелей представляется нанесение огнезащитного покрытия, препятствующего распространению горения оболочек кабелей. Тонкослойные покрытия из огнезащитных составов Феникс СЕ и Феникс СЕ В (для условий эксплуатации с повышенной влажностью) толщиной всего ~0,5 мм предотвратит распространение пожара по оболочкам кабельных линий в случае появления внешнего источника возгорания или воспламенения оболочки кабеля из-за короткого замыкания.

Для защиты мест прохода электрических кабелей через стены и перекрытия, для предотвращения распространения огня из одного помещения в другое по оболочкам кабелей, ПТК ООО «А+В» разработаны и применяются сертифицированные кабельные проходки трех типов:

• Для противопожарной защиты кабельных линий питающих системы обеспечения безопасной эксплуатации технологического оборудования, систем обеспечения безопасности, включая установки пожаротушения и противопожарные насосы систем подпора воздуха и дымоудаления, лифтов для транспортирования пожарных подразделений, аварийного освещения и оповещения, для сохранения их функциональности работоспособности в течение нормируемого времени разработан и сертифицирован самонесущий огнестойкий кабельный канал (короб) ,который обеспечивает предел огнестойкости до 3-х часов (Р 180). Кабельные каналы Феникс ОКК изготавливаются из вермикулитовых плит «Экопласт» и монтируются по месту прохо Феникс ОККждения кабельной линии.

Противопожарные требования к транзитным воздуховодам связаны как с воздействием пожара на строительные материалы, так и на сам воздуховод, который сам по себе может стать распространителем огня при пожаре.
Нормируемый предел огнестойкости для воздуховодов определен положениями СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в зависимости от их назначения и условий эксплуатации в пределах от 15 до 150 минут по потере теплоизолирующей способности и (или) потере плотности.
Традиционно в нашей стране в основном применяются воздуховоды из листовой стали, которые самостоятельно не соответствуют противопожарным требованиям.
Нагрев металлических сборных элементов воздуховодов при пожаре в совокупности с разрежением (составляющим 300 Па) в полости воздуховода приводит к значительным пространственным деформациям, вследствие чего нарушается плотность узла заделки в месте пересечения с ограждающими конструкциями (стена, перекрытие). Результатом этого является распространение огня и дыма от пожара в другие помещения.
Для того чтобы исключить это явление требуются определенные конструктивные решения для придания жесткости самого воздуховода в месте его прохода через ограждающую конструкцию, возможно, наличие дополнительных ребер жесткости на металлических элементах воздуховодов препятствующих его пространственной деформации в условиях пожара.

Для достижения требуемого нормированного предела огнестойкости также требуется дополнительное нанесение огнезащитного покрытия на стальные каналы воздуховодов, что естественно связано с дополнительными трудовыми и материальными затратами.
В современной отечественной практике для этих целей применяются различные материалы – обмазки, маты из базальтового волокна, штукатурки, плиты.
Производственно-технологической компанией «А+В» для повышения огнестойкости стальных каналов воздуховодов различного назначения предлагаются две системы:

• огнезащитное покрытие типа штукатурки ФИБРОГЕЙН, представляющее собой низкоплотную негорючую теплоизолирующую систему на основе каменной ваты, неорганического связующего и целевых наполнителей, обеспечивает повышение предела огнестойкости до 3-х часов (EI 180). Покрытие сплошное, без стыков и температурных мостиков, повторяет форму защищаемой конструкции, предотвращает образование конденсата, выдерживает эксплуатационные вибрации и деформации воздуховодов, не содержит асбеста и других, вредных для человека и окружающей среды компонентов. Покрытие достаточно легкое, ремонтопригодное, наносится методом сухого торкретирования при помощи высокопроизводительных штукатурных агрегатов. Данная технология огнезащиты стальных воздуховодов достаточно широко применяется на многих объектах, и хорошо зарекомендовала себя в условиях нормальной эксплуатации;
• облицовка металлических каналов воздуховода вермикулитовыми плитами Экопласт позволяет повысить предел его огнестойкости до 3-х часов (EI 180).

Зарубежный и отечественный опыт строительства объектов различного назначения показывает, что наиболее экономичный и перспективныйспособ обустройства огнестойких воздуховодов, так называемых «самонесущих» воздуховодов из огнестойких плит без традиционного стального короба. Производственно-технологической компанией «А+В» разработана и сертифицирована такая конструкция огнестойких «самонесущих» воздуховодов с пределом огнестойкости до 3-х часов (EI 180), стенки которых изготовлены непосредственно из огнестойких вермикулитовых плит Экопласт. Применение таких воздуховодов является более экономичным и имеет ряд технических преимуществ:

• не требуется канал из стального листа;
• однослойная конструкция;
• стабильность формы;
• соединение плит стыковым соединением;
• простая предварительная подготовка;
• гладкая поверхность.

В ряде случаев в качестве стенок монтируемых воздуховодов можно использовать ограждающие конструкции зданий (стены, перекрытия), что еще в большей мере снижает затраты на обустройство огнестойких воздуховодов.
К сожалению, до настоящего времени эта прогрессивная технология обустройства каналов воздуховодов применяется достаточно редко, и это связано, по всей видимости, со сложившимися стереотипами проектировщиков и конструкторов вентиляционных систем.