CC BY
29Д.С. Подобина, магистрант
Научный руководитель — Поповский И.В., доцент
Новосибирский государственный университет архитектуры, дизайна и искусств имени А.Д. Крячкова
D. Podobina, MA student
Scientific advisor I. Popovsky, Associate Professor
Kryachkov Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts
Пожаробезопасные свойства деревянных конструкций в многоэтажном строительстве
Fire properties of wooden structures in multi-storey construction
В рамках статьи рассмотрены современные технологические возможности пожарной безопасности деревянных конструкций в многоэтажном строительстве, приведены результаты эксперимента огневого воздействия на огнестойкость деревянных элементов, проведённых центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций имени В.А. Кучеренко. Рассмотрены основные методы огнезащиты деревянных конструкций, новый СП 452.1325800.2019 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования».
Ключевые слова: пожарная безопасность, деревянные конструкции, деревянное многоэтажное строительство, огнестойкость деревянных элементов, методы огнезащиты деревянных конструкций
Within the framework of the article, the modern technological capabilities of fire safety of wooden structures in multi-storey construction are considered, the results of an experiment of fire impact on the fire resistance of wooden elements, carried out by the Central Research Institute of Building Structures named after V.A. Kucherenko, are presented. The main methods of fire protection of wooden structures are considered, the new SP 452.1325800.2019 "Residential apartment buildings with the use of wooden structures. Design rules".
Keywords: fire safety, wooden structures, wooden multi-story building, fire resistance of wooden elements, fire protection methods for wooden structures
Введение
Строительство с использованием деревянных материалов во всём мире набирает огромную популярность, так как оно является не только экологически безопасным, но и экономически выгодным. Однако древесина обладает большим и очевидным недостатком — она является горючей. Над преодолением этой эксплуатационной особенности работает деревообрабатывающая отрасль, она создаёт новые способы повышения огнестойкости и прогрессивные технологии производства различных конструктивных элементов из натуральной древесины.
На сегодняшний день в России строительство деревянных жилых домов регламентируется СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты [1], согласно которому степень огнестойкости трёхэтажных зданий, построенных из массивных брёвен, отнесена к IV степени огнестойкости, а здания из лёгкого деревянного каркаса без специ-
w \ / V
альной защиты к V степени огнестойкости.
Проблема заключается в том, что в существующей нормативной базе отсутствуют рекомендации и требования по работе с деревянными конструкциями многоэтажных зданий, хотя на практике уже есть апробированные испытания методов противопожарной защиты деревянных конструкций, показавшие успешный результат и возможность строительства таких зданий. Соответственно, до сих пор в случае возведения многоэтажных сооружений из деревянных конструкций для каждого проекта требуется проведение дополнительных согласований, заключений, испытаний материалов, так как стандартного пути получения разрешения на строительство не существует.
Примером строительства нестандартного проекта является объект офисного центра Good Wood Plaza (г. Зеленоград, Московская область) — самое высокое сооружение в России из деревянных конструкций, построенное в августе 2017 года компанией GOOD WOOD. Конструкция объекта — стоечно-ригельная система с вертикальными связями и системой конструктивных подкосов, несущий каркас — клеёные деревянные конструкции.
Для получения разрешения на строительство компании GOOD WOOD пришлось провести испытания деревянных клеёных конструкций на огнестойкость и внести корректировки по проекту с соблюдением существующих норм пожарной безопасности.
Основной целью исследования является определение противопожарных требований к многоэтажным деревянным жилым зданиям с учётом современных технологий для обновления или добавления в существующую нормативную базу или создания новой.
В связи с этим необходимо решить следующие задачи:
1. изучить опыт экспериментов по огнезащите с учётом применения новых материалов;
2. рассмотреть существующие средства огнезащиты деревянных конструкций;
3. рекомендовать поправки к СП 452.1325800.2019 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования» [7], на основе исследования.
Методы и материалы
В работе применяются: метод изучения нормативных документов: СП 2.13130.2012 [1], ГОСТ 30247.1-94 [2] на предмет наличия рекомендаций с учётом новых практических результатов и возможностей; метод сравнительного
анализа способов огнезащиты деревянных многоэтажных конструкций; метод исследования экспериментов по огнезащите деревянных многоэтажных конструкций; метод изучения реализованных многоэтажных объектов с применением деревянных конструкций.
Материалами исследования являются: проект офисного центра Good Wood Plaza, результаты испытания деревянных конструкций, проведённые компанией GOOD WOOD, СП 452.1325800.2019 Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования [1], ГОСТ 30247.1-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции [2].
Результаты и обсуждение
По результатам испытания, проведённым компанией GOOD WOOD в соответствии с требованиями ГОСТ 30247.1-94 [2, с. 4], образец балки из клеёной древесины со сосредоточенной нагрузкой 2 тонны способен выдержать огневое воздействие до 93 минут, результат испытания показан на рисунке 1. Это говорит о том, что предельное состояние огневого воздействия превысило показатели прочности металла и железобетона. Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций имени В.А. Кучеренко, производивший на своей базе испытания, присвоил конструкции класс огнестойкости R-60 [3].
Современные строительные материалы из древесины превосходят по своим характеристикам традиционные материалы. Основу сортамента современных конструктивных элементов из дерева составляют крупногабаритные конструкции: CLT (Cross Laminated Timber) — перекрёстно-склеиваемые панели, они же X-LAM, Унипанель, MHM (Massiv-Holz-Mauer) — массивная деревянная стена и Naturi.
Все эти панели состоят из отдельных деревянных элементов, в этом их схожесть. Если рассмотреть конкретно CLT и МНМ, созданные таким образом, то в данных панелях на производстве вырезаются проёмы для окон, дверей и уже на стройку поступает готовый домокомплект, состоящий из крупных элементов, который нуждается только в сборке. Данные панели разнятся между собой технологией сборки отдельных деревянных элементов в стеновую панель, как в самостоятельный конструктивный элемент (стену).
Главным преимуществом массивных панелей из дерева является то, что в отличие от традиционных деревянных домов, где при усадке дома появляются щели, которые необходимо устранять, таких проблем возникнуть просто не может, так как панели производят только с использованием сухой древесины, соответственно проблемы высыхания дерева, появления трещин и изменения геометрии сооружения исключаются. Также панели можно произвести любой толщины. И при этом дом, возведённый с использованием таких панелей, будет считаться полностью деревянным, так как панели состоят исключительно из массива дерева.
Также важно отметить ещё одно достоинство массивных деревянных панелей — такие стены не нуждаются во внутренней отделке, так как они имеют ровную поверхность. Места стыковки, выполненные на заводе с точностью до миллиметра, идеально соединяются тепловым замком.
Наряду с массивными панелями, популярной техникой возведения деревянных домов, в том числе многоэтажных, являются фахверки. Для этого применяется LVL брус.
При использовании деревянных строительных конструкций огромную роль играют меры по снижению горения и распространению огня, так как по результатам испытаний, проведённых ЗАО «ЦСИ Огнестойкость-ЦНИИСК», установлено, что деревянные крупногабаритные конструкции без огнезащиты относятся к сильногорючим, умеренно воспламеняемым и умеренно распространяемым материалам.
Основными методами огнезащиты согласно СП 2.13130.2012 [1 с. 3], являются:
- конструктивная огнезащита;
- тонкослойное огнезащитное покрытие.
Рис. 1. Балки до и после горения. Источник: Ы^:/ДагсЫ.ш/1/218045^рд
Если рассматривать использование метода конструктивной огнезащиты, то одним из факторов определяющим огнестойкость конструкции из дерева, при продолжительном огневом воздействии, являются габариты сечения элементов.
Экспериментальным путём ЗАО «ЦСИ Огнестойкость-ЦНИИСК» было выявлено, что клеёные конструкции из дерева являются более огнестойкими по сравнению с цельными элементами из дерева. Это обосновано тем, что в
клеёной древесине качество древесины лучше, структура более однородная, и наличием в ней термостойких клеев [4]. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Влияние продолжительного огневого воздействия на огнестойкость деревянных элементов различного сечения [8]
№ Вид конструкции Предел
п/п огнестойкости, мин
1 Деревянные балки, напряжённые на изгиб, незащищённые (трёх-
стороннее воздействие пожара) с размерами в мм: 100x140 25
120x160 30
140x200 40
180x260 50
2 Деревянные колонны, незащищённые, напряжённые на продольный изгиб при гибкости Л=75 (четырёхстороннее воздействие по-
жара) с размерами в мм: 120x120 10
160x160 15
200x200 20
Из анализа данных таблицы следует, что при увеличении размера сечения балки увеличивается предел огнестойкости элемента.
Вместе с габаритами на огнестойкость деревянных элементов влияет конфигурация сечения элемента. Рёбра и подобные выступающие части элементов с большим отношением площади нагреваемой поверхности к объёму нагреваемого материала воспламеняются быстрее, чем плоские или выпуклые элементы с большим радиусом кривизны [5].
Ещё один эффективный метод огнезащиты — тонкослойное огнезащитное покрытие, к этой категории относятся пропитка замедлителями горения (антипиренами) и нанесение огнезащитных покрытий.
Составы, которые применяются для защиты древесины, должны соответствовать требованиям пожарной безопасности, установленным в НПБ 251-98 Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на её основе. Общие технические требования. Методы испытаний [9].
Показатели огнезащитных свойств пропиток или покрытий для древесины определяются ГОСТ 16363 [6], согласно которому существуют две группы огнезащитной эффективности материалов: I группа обеспечивает получение трудногорючей древесины (потеря массы образца при горении в определённых условиях составляет не более 9%), II группа — трудновоспламеняемой древесины (потеря массы составляет от 9 до 25%). С помощью антипиренов можно замедлить или подавить отдельные стадии горения древесного материала.
Достойное место в ряду антипиренов занимают фосфорорганические антипирены, даже при малой концентрации они придают обработанному элементу огнезащитные свойства, почти не влияя на физико-механические прочностные характеристики. Газы, выделяющиеся при горении антипиренов, являются полностью безопасными для человека. К тому же, фосфорсодержа-
щие антипирены предотвращают тление материала после прекращения горения и предотвращают вероятность повторного возгорания.
Так же одними из эффективных средств для огнезащиты древесных композиционных материалов являются азот-фосфорсодержащие составы, действующие на разных стадиях горения и обеспечивающие глубокую защиту деревянных элементов. Основные виды огнезащитных составов приведены в таблице 2.
Таблица 2. Виды огнезащитных составов по группам огнезащитной
эффективности [10]
№ п/п Огнезащитные составы и технология их применения Применение Группа огнезащитной эффективности (по ГОСТ 163163)
1 Поверхностная пропитка Огнезащита готовых деревянных конструкций, эксплуатирующихся в условиях, исключающих попадание влаги на защищаемые поверхности. II группа
2 Пропитка способом прогрев — холодная ванна Огнезащита конструкций и изделий из древесины, эксплуатируемых в закрытых зданиях и сооружениях с относительной влажностью воздуха не более 70% I группа и II группа
3 Глубокая пропитка Предназначена для деревянных строительных конструкций, производится в автоклаве I группа
4 Поверхностная обработка красками, лаками и эмалями Огнезащита позволяет получить декоративную поверхность, при высокой огнезащитной эффективности, зависящей от толщины наносимого слоя I группа и II группа
5 Поверхностное нанесение паст и обмазок Огнезащита конструкций и материалов, эксплуатируемых в сухих помещениях с минимальным перепадом температуры и влажности воздуха и в местах, к которым не предъявляются декоративные требования I группа и II группа
Выводы
В результате исследования, рассмотрен опыт экспериментов по огнестойкости с учётом применения новых материалов, результатом которого Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций имени В.А. Кучеренко, производивший на своей базе испытания, присвоил конструкции класс огнестойкости R-60, что может говорить о II-III степени огнестойкости здания, но так как опыт проводился на незащищённых деревянных клеёных конструкциях, следует предположить, что с применением огнезащитных составов возможно повысить степень и класс огнестойкости, а это говорит о возможности повышении высотности зданий.
При изучении видов огнезащитных составов для деревянных конструкций были выбраны только наиболее эффективные составы с I и II группой огнезащитной эффективности, обработанная ими древесина будет либо трудносгораемой, либо трудновоспламеняемой, что также влияет на высотность и площадь сооружений.
В связи с этим, рекомендовано:
1. Провести ряд испытаний конструкций из древесины, с применением различных способов и средств огнезащиты.
2. В новый СП 452.1325800.2019 Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования [7], внести коррективы по высотности и площади деревянных сооружений.
Таким образом, благодаря современным технологиям, новейшим противопожарным мероприятиям, современная деревянная архитектура в России практически не имеет ограничений по высотности и площади. Это играет огромную роль в развитии российского деревянного многоэтажного домостроения, открывает огромное поле деятельности для проектировщиков и производителей строительных материалов.
Список литературы
1. СП 2.13130.2012. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. М.: ВНИИПО, 2012. 43 с.
2. ГОСТ 30247.1-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализация. М.: ВНИИПО, 2020.
3. Здания с деревянным каркасом «вписались» в пожарные нормы — исследование GOOD WOOD // Архи.ру [Электронный ресурс]. URL: https://archi.ru/ news/69542/derevyannyi-karkas-sootvetstvuet-vsem-normam-pozharobezopasnosti.
4. Зоуфал Р., Кашпар Я. Исследование деревянных конструкций с учётом пожарной безопасности // Бюллетень высшей специальной школы МВД НРБ. София, 1986. с. 70-88.
5. Ройтман В.М., Серков Б.Б., Шевкуненко Ю.Г и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре / Учебник под общей редакцией В.М. Ройтмана. 2-е изд. М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. 366 с.
6. ГОСТ 16363-98 Средства огнезащитные для древесины. Методы определения огнезащитных свойств. М.: ВНИИПО, 1999. 5 с.
7. СП 452.1325800.2019 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования». М.: ВНИИПО, 2019. 11 с.
8. Арцыбашева О.В., Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Современные тенденции в области огнестойкости деревянных зданий и сооружений // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2013. № 8 (145). с. 178-196.
9. НПБ 251-98 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на её основе. Общие технические требования. Методы испытаний». М.: ВНИИПО, 1998. 4 с.
10. Смирнов Н.В., Баженов С.В, Наумов Ю.В и др. Способы и средства огнезащиты древесины. Руководство. М.: ВНИИПО, 1999.
References
1. SP 2.13130.2012. Sistemy protivopozharnoy zashchity. Obespecheniye ognestoykosti ob"yektov zashchity [Fire protection systems. Ensuring fire resistance of objects of protection]. Moscow, 2012, 43 p.
2. GOST 30247.1-94 Konstruktsii stroitel'nyye. Metody ispytaniy na ognestoykost'. Nesushchiye i ograzhdayushchiye konstruktsii. Aktualizatsiya [Building structures. Fire resistance test methods. Bearing and enclosing structures. Updating]. Moscow, 2020.
3. Arkhi.ru Zdaniya s derevyannym karkasom «vpisalis'» v pozharnyye normy — is-sledovaniye GOOD WOOD [Buildings with a timber frame "fit" into fire regulations — research GOOD WOOD]. Avialable at: https://archi.ru/news/69542/derevyannyi-karkas-sootvetstvuet-vsem-normam-pozharobezopasnosti.
4. Zoufal R., Kashpar YA. Issledovaniye derevyannykh konstruktsiy s uchetom pozharnoy bezopasnosti [Research of wooden structures taking into account fire safety]. Sofiya, 1986, pp. 70-88.
5. Roytman V.M., Serkov B.B., Shevkunenko Yu.G. et al. Zdaniya, sooruzheniya i ikh ustoychivost' pri pozhare [Buildings, structures and their stability in case of fire]. Moscow, 2013, 366 p.
6. GOST 16363-98 Sredstva ognezashchitnyye dlya drevesiny. Metody opre-deleniya ognezashchitnykh svoystv [Fire retardants for wood. Methods for determining fire retardant properties]. Moscow, 1999, 5 p.
7. SP 452.1325800.2019 Zdaniya zhilyye mnogokvartirnyye s primeneniyem derevyannykh konstruktsiy. Pravila proyektirovaniya [Apartment buildings with wooden structures. Design rules]. Moscow, 2019, 11 p.
8. Artsybasheva, OV, Aseeva, RM, Serkov, BB, et al. Sovremennyye tendentsii v oblasti ognestoykosti derevyannykh zdaniy i sooruzheniy [Modern trends in the field of fire resistance of wooden buildings and structures]. Rostov, 2013, pp.178—196.
9. NPB 251-98. Ognezashchitnyye sostavy i veshchestva dlya drevesiny i ma-terialov na yeye osnove. Obshchiye tekhnicheskiye trebovaniya. Metody ispytaniy [Fire retardants and substances for wood and materials based on it. General technical requirements. Test methods]. Moscow, 1998, 4 p.
10. Smirnov N., Bazhenov S., Naumov Yu. et al. Sposoby i sredstva ognezash-chity drevesiny. Rukovodstvo [Methods and means of wood fire protection. Manual]. Moscow, 1999.
Подобина Дарья Сергеевна, магистрант кафедры архитектуры НГУАДИ. Е-mail: [email protected]
Поповский Игорь Викторович, доцент кафедры архитектуры НГУАДИ.
Для цитирования | For citation:
Подобина Д.С. Пожаробезопасные свойства деревянных конструкций в многоэтажном строительстве // Ноэма (Архитектура. Урбанистика. Искусство). 2021. № 2. С. 120-127.
Лицензия CC BY-NC 4.0 Материал поступил в редакцию 29.04.2021
