CC BY
20УДК 699.8+614.841.33
Ройтман В. М., Фирсова Т. Ф.
НЕОБОСНОВАННОЕ ЗАВЫШЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ НОРМ И СТУ ПО ПРЕДЕЛАМ ОГНЕСТОЙКОСТИ РЯДА КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
В статье изложен системный подход к оценке огнестойкости строительных конструкций, исключающий произвольное назначение их пределов огнестойкости в высотных зданиях.
Ключевые слова: высотное здание, конструкция, предел огнестойкости, практика нормирования, температурные режимы пожара.
Всязи с тем, что различные строительные материалы, элементы конструкций, здания и сооружения по-разному ведут себя в условиях воздействия пожара, при разработке системы мер по противопожарной защите помещений и зданий возникла необходимость в специальном показателе, с помощью которого можно было бы сравнивать способность объектов сопротивляться воздействию пожара. В качестве такого показателя используется такое понятие, как огнестойкость объектов [1-6].
Меры по обеспечению огнестойкости объектов являются важным, обязательным элементом проектирования противопожарной защиты зданий и сооружений, в том числе для уникальных, высотных и многофункциональных объектов [1-6, 11, 12]. Однако в практике нормирования огнестойкости высотных зданий встречаются случаи необоснованного завышения требований норм и специальных технических условий (СТУ) для высотных зданий по пределам огнестойкости ряда конструкций. Например, для зданий высотой более 100 м устанавливается следующее требование: предел огнестойкости (обычно 180 мин) необходимо увеличивать ещё на один час, т. е. до Я 240 [11, 12].
В данной статье авторами рассматривается предположение о том, что требование норм и СТУ [11, 12] об увеличении пределов огнестойкости основных конструкций до 4 часов для жилых и общественных зданий высотой более 100 м является избыточным требованием, приводящим к необоснованным экономическим потерям при строительстве и эксплуатации этих объектов.
Нормирование огнестойкости в системе обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. Нормируемой характеристикой огнестойкости конструкций служит такое понятие, как предел огнестойкости [1-6]. Значения фактических пределов огнестойкости строительных конструкций в настоящее время определяются двумя основными способами: экспериментальным и расчётным.
Экспериментальным способом огнестойкость строительных конструкций определяется на основании испытания образцов конструкций в специальных огневых установках и характеризуется для данной конструкции пределом огнестойкости, определяемым временем (в минутах) от начала огневого испытания конструкции до возникновения одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний конструкции по огнестойкости.
Во всех развитых странах имеются специальные институты, лаборатории, полигоны, где проводится широкий круг исследований огнестойкости [1-6]. Разработаны и утверждены ряд международных стандартов ISO в этой области (около 100 документов). В это число входят, например, стандарты по оценке огнестойкости конструкций [5].
Необходимость стандартного режима проведения огневых испытаний объектов на огнестойкость. Для того чтобы сравнить между собой огнестойкость различных конструкций, необходимо установить единый, стандартный, режим температурного воздействия на испытуемые объекты во время огневых испытаний. В связи с этой концепцией испытаний на огнестойкость, которая была введена ещё в 1916 г. [3, 4], были проведены специальные исследования за температурными режимами горения пожарной нагрузки в помещениях, причём в то время в качестве пожарной нагрузки использовалась древесина.
Единый температурный режим (пунктирная кривая на рисуноке), который был регламентирован для проведения огневых испытаний конструкций на воздействие пожара, получил название стандартного температурного режима пожара или температурного режима стандартного огневого испытания (таблица).
Стандартный температурный режим пожара представляется в виде следующей зависимости температуры среды в огневой камере от времени:
Стандартная кривая «температура - время» для огневых испытаний на огнестойкость, приведённая в соответствии с международным стандартом [5]
Время, мин Температура, °С Время, мин Температура, °С
0 20 150 1 031
30 843 180 1 052
60 20 210 1 072
90 978 240 1 093
120 1 010 270 1 114
ГДт) = 3451§(8т + 1) + Г0 , где т - время стандартного огневого испытания, мин; Т0 - начальная температура среды, °С (обычно принимают Т0 = 20 °С); 7у - температура в огневой камере установки для определения пределов огнестойкости конструкций в зависимости от времени т стандартного испытания.
Авторы статьи предлагают поподробнее рассмотреть, какими соображениями руководствовались специалисты при разработке стандартного режима огневых испытаний конструкций на огнестойкость. Эти соображения основывались на результатах наблюдений за изменением температуры в эталонном помещении при горении различного количества древесины (рисунок). Температурные кривые на рисунке приведены в сравнении с международной стандартной кривой «температура -время», применяемой для огневых испытаний конструкций при определении пределов огнестойкости конструкций [6].
Выводы, полученные на основании данных, изображённых на рисунке:
- с увеличением пожарной нагрузки (древесина) в одном и том же помещении при горении пожарной нагрузки увеличивается величина максимальной температуры и время наступления максимальной температуры в объёме помещения;
- стандартная кривая «температура - время», используемая в качестве режима воздействия на объекты, при определении их пределов огнестойкости, является усреднённой среднеобъёмной кривой развития пожара в помещении в достаточно широком диапазоне изменения пожарной нагрузки в помещении (древесина);
- стандартная кривая «температура - время», используемая в качестве режима воздействия на объекты, при определении их пределов огнестойкости имеет вид монотонно возрастающей кривой развития температуры в помещении;
- увеличение пожарной нагрузки в помещении при прочих равных условиях приводит к увеличению опасности пожара для строительных конструкций, что требует ужесточения требований к огнестойкости конструкций.
Значение пожарной нагрузки в помещениях высотных зданий. Имеется ряд исследований о величине пожарной нагрузки в помещениях различного назначения [3-9, 13, 14]. Установлено, что для помещений жилых и общественных зданий величина пожарной нагрузки, в силу особенностей их функционального назначения, не может превышать 50 кг/м2 (в эквиваленте древесины). Например, высотные башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке (110 этажей), которые подверглись террористической атаке 11 сентября 2001 г., имели пожарную нагрузку в своих офисах 40 кг/м2 (в эквиваленте древесины) [13].
Исходя из данных, указанных на рисунке, следует, что количеству пожарной нагрузки 50 кг/м2 (древесина) соответствует длительность пожара около 90 мин. Это свидетельствует о том, что при ограничении величины пожарной нагрузки в помещениях зданий выше 16 этажей значением 50 кг/м2 [11] продолжительность реального пожара в этих помещениях жилых и общественных зданий будет составлять не более 1,5 ч (рисунок).
Требования норм [11, 12] и СТУ для зданий выше 100 м о пределах огнестойкости несущих конструкций в 240 мин равносильны длительности стандартного огневого испытания в течение 4 ч, что соответствует пожарной нагрузке в помещении более 200 кг/м2 в пересчёте на древесину (рисунок). Это во много раз превышает реальные значения пожарной нагрузки в помещениях жилых и общественных высотных зданий и противоречит положению норм о том, что «средняя пожарная нагрузка в зданиях более 16 этажей не должна превышать 50 кг/м2 (при пересчёте на древесину)» [11, 12].
1 200
1 000
800
600
400
200
1
/ ' Д/ г/г 2
V 3
1/ \ 5 4
30
60 90 Время, мин
120
150
Температурные кривые, полученные в помещении при горении различного количества древесины: 1 - стандартная кривая «температура - время»; 2 - 150 кг/м2; 3 - 100 кг/м2; 4 - 50 кг/м2; 5 - 25 кг/м2
0
Резервы в оценке требуемых пределов огнестойкости основных конструкций высотных зданий.
В соответствии с нормами [12] многофункциональные здания (высота более 75 м) должны иметь особую степень огнестойкости, а к их основным конструкциям также должны предъявляться специальные требования по их пределам огнестойкости. Требования по пределам огнестойкости основных конструкций многофункциональных зданий, имеющих особую степень огнестойкости, приведены в строительных нормах [12].
Однако, учитывая ограничения, которые накладывает величина пожарной нагрузки в помещениях высотных зданий (50 кг/м2 при пересчёте на древесину), длительность пожара в таких помещениях не может превышать 1,5 ч. При помощи проведения дополнительных оценок эквивалентной продолжительности реального пожара в помещениях высотных зданий можно получить реальные допустимые значения пределов огнестойкости основных конструкций высотных зданий в пределах 1,5-2,0 ч [7-10, 13, 14].
Минимальные пределы огнестойкости конструкций многофункциональных зданий повышенной этажности с особой степенью огнестойкости:
- несущие стены - R 180;
- противопожарные стены - REI 180;
- колонны - R 180;
- стены лестничных клеток - REI 180;
- элементы перекрытий (балки, ригели, рамы, фермы) - R 180;
- плиты, настилы перекрытий - REI 120;
- противопожарные перекрытия - REI 180;
- конструкции шахт:
- лифтовые и коммуникационные шахты, каналы и короба, не пересекающие границы пожарных отсеков - REI 120;
- лифтовые шахты, пересекающие границы пожарных отсеков и шахты лифтов для транспортирования пожарных подразделений - REI 180;
- коммуникационные шахты, каналы и короба, пересекающие границы пожарных отсеков - REI 180.
Авторы статьи считают, что для высотных зданий (жилых и общественных) избыточные требования, предъявляемые к пределам огнестойкости, приводят к необоснованным экономическим потерям при строительстве и эксплуатации этих объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон РФ от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». - М.: Проспект, 2014. - 111 с.
2. СП 2.13130.2012. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. - М.: МЧС России, 2012. - 27 с.
3. Babrauskas V, Williamson R. B. The historical basis of fire resistance testing. Part I. Fire Technology, 1978, no. 14, рр. 184-194. DOI: 10.1007/BF01983053.
4. Babrauskas V, Williamson R. B. The historical basis of fire resistance testing. Part II. Fire Technology, 1978, no. 14, рр. 304-316. DOI: 10.1007/BF01998390.
5. ISO 834:1975. Fire Resistance Tests. Elements of Building Construction. - Switzerland, Geneva, International Organization for Standartisation, 1975, 16 p. (This standard has been revised by ISO 834-1:1999)
6. Бушев В. П., Пчелинцев В. А, Федоренко В. С., Яковлев А. И. Огнестойкость зданий. - М.: Стройиздат, 1970. - 262 с.
7. Мкртычев О. В., Сидоров Д. С. Расчёт огнестойкости высотного здания при пожаре // Вестник Московского государственного строительного университета. - 2010. - Т 5, № 4. -С. 246-249.
8. Мкртычев О. В., Сидоров Д. С. Расчёт железобетонного здания на температурное воздействие // Вестник Московского государственного строительного университета. - 2012. -№ 5. - С. 50-55. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.5.50-55.
9. Ройтман В. М, Приступюк Д. Н. Оценка значений «Коэффициента условий работы материала конструкций» и «Критической температуры прогрева материала» для случая комбинированных особых воздействий (СНЕ) с участием пожара // Вестник Московского государственного строительного университета. - 2011. - Т. 2, № 1. - С. 341-345.
10. Федосов С. В., Ибрагимов А. М, Соловьев Р. А, Мур-зин Н. В., Тараканов Д. В., Лапшин С. С. Математическая модель развития пожара в системе помещений // Вестник Московского государственного строительного университета. - 2013. -№ 4. - С. 121-128. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.
11. Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 метров. - М.: Москомархитектура, 2002. - 69 с.
12. МГСН 4.19-2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве. - Утв. Правительством Москвы постановлением от 28 декабря 2005 г. № 1058-ПП.
13. World Trade Center Building Performance Study: Data Collection, Preliminary Observations, and Recommendations. Federal Emergency Management Agency (FEMA), USA, New York, 2002, no.403 (May), pp. 19.
14. Ройтман В. М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. - М.: Пожнаука, 2001. - 384 с.
Материал поступил в редакцию 28 марта 2017 года.
Roytman V., Firsova T.
UNJUSTIFIED OVERSTATEMENT OF REGULATIONS AND SPECIAL TECHNICAL REGULATIONS FOR FIRE RESISTANCE OF A NUMBER OF CONSTRUCTIONS OF HIGH-RISE BUILDINGS
ABSTRACT
Purpose. The article outlines a systematic approach to the assessment of building constructions fire resistance, excluding the arbitrary designation of their fire-resistance limits, which took place in technical regulations for some high-rise buildings.
Methods. Comparative values of fire loads for building structures in contexts of both standard and real fires are introduced, which allow quantifying their required fire resistance limits and justifying the logic of claims.
Findings. The data of the research concerning fire load values in buildings of different assignments are given, that allow quantifying building constructions fire resistance in real fires.
Research application field. The research outcomes can be applied for evaluating building constructions fire resistance in high-rise buildings in a newly
developed technical limitation document on the high-rise buildings design.
Conclusions. The given article is the first one in a series prepared by the authors for assessing building constructions fire resistance in high-rise buildings with a systematic approach. Since the regulatory requirements for building constructions fire resistance in high-rise buildings mostly comply with the requirements for civil defense shelters in case of bombing, the authors justify the necessity of introducing a systematic approach to the assessment of building constructions fire resistance in the regulations.
Key words: high-rise building, construction, fire resistance limit, standardization practice, temperatures of the fire.
REFERENCES
1. Federal law of Russia on July 22, 2008, no. 123 "Technical regulations on fire safety requirements". Moscow, Prospekt Publ., 2014. 111 p. (in Russ.).
2. Code of rules 2.13130.2012. Systems of fire protection. Fire-resistance security of protecting units. Moscow, EMERCOM of Russia Publ., 2012. 27 p. (in Russ.).
3. Babrauskas V., Williamson R.B. The historical basis of fire resistance testing. Part I. Fire Technology, 1978, no. 14, pp. 184-194. DOI: 10.1007/BF01983053.
4. Babrauskas V., Williamson R.B. The historical basis of fire resistance testing. Part II. Fire Technology, 1978, no. 14, pp. 304-316. DOI: 10.1007/BF01998390.
5. ISO 834:1975. Fire Resistance Tests. Elements of Building Construction. Switzerland, Geneva, International Organization for Standartisation, 1975, 16 p. (This standard has been revised by ISO 834-1:1999).
6. Bushev V.P., Pchelintsev V.A., Fedorenko V.S., Iakovlev A.I. Ognestoikost' zdanii [Fire resistance of buildings]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1970. 262 p.
7. Mkrtychev O.V., Sidorov D.S. Calculation of fire resistance of the high-rise building in fire. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta, 2010, vol. 5, no. 4, pp. 246-249. (in Russ.).
8. Mkrtychev O.V., Sidorov D.S. Analysis of exposure of reinforced concrete buildings to temperature loads. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta, 2012, no. 5, pp. 50-55. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.5.50-55. (in Russ.).
9. Roytman V.M., Pristupyuk D.N. Estimation values of the "Coefficient of service conditions" and "Critical temperature of the materials" at the combined hazardous effect (CHE) with fire participation. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta, 2011, vol. 2, no. 1, pp. 341-345. (in Russ.).
10. Fedosov S.V., Ibragimov A.M., Solov'ev R.A., Murzin N.V., Tarakanov D.V., Lapshin S.S. Mathematical model of fire escalation in adjacent rooms. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta, 2013, no. 4, pp. 121-128. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4. (in Russ.).
11. Policy directive. General provisions for the technical requirements for the design of residential buildings with a height of more than 75 meters. Moscow, Moskomarkhitektura Publ., 2002. 69 p. (in Russ.).
12. Moscow City Construction Standards 4.19-2005. Temporary norms and rules for the design of multifunctional high-rise buildings and buildings in Moscow [Approved by the Government of Moscow in Decree on December 28, 2005, no. 1058]. (in Russ.).
13. World Trade Center Building Performance Study: Data Collection, Preliminary Observations, and Recommendations. Federal Emergency Management Agency (FEMA), USA, New York, 2002, no. 403 (May), pp. 19.
14. Roytman V.M. Inzhenernye resheniia po otsenke ognestoikosti proektiruemykh i rekonstruiruemykh zdanii [Engineering solutions for assessing fire resistance of designed and reconstructed buildings]. Moscow, Pozhnauka Publ., 2001. 384 p.
Vladímír Roytman Tatyana Fírsova
Grand Doctor of Philosophy in Engineering Sciences State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
