CC BY
169
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСТЕКЛЕНИЯ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ ПО ВЗРЫВОУСТОЙЧИВОСТИ И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
DESIGN OF GLASSING FOR BUILDINGS TO MEET THE REQUIRES FOR RESISTANCE TO EXPLOSION AND EXPLOSION
SAFETY
A.B. Мишуев, B.B. Казенное, H.B. Громов, H.A. Лукьянов,
Д.В. Прозоровский, Е.В. Бажина
A. Mishuev, V. Kazennov, N. Gromov, I. Lukyanov,
D. Prozorovsky, E. Bazhina
НТЦ «Взрывоустойчивость» МГСУ
В статье рассмотрены современные способы остекления зданий и влияние остекления на их взрывоустойчивостъ. Предложено новое техническое решение для остекления зданий, обеспечивающее неразрушающие нагрузки в случае аварийного взрыва газа.
The article deals with modern methods of glazing and its impact on resistance to explosion. A new technical solution for glassing of buildings to provide non-destructive load in case of accidental gas explosion is offered.
B настоящее время повысились требования к обеспечению взрывоустойчивости и взрывобезопасности существующих и строящихся взрывоопасных промышленных, транспортных, энергетических и гражданских объектов. Это связано с необходимостью повышения уровня безопасности для персонала и оборудования на предприятиях и объектах в случае техногенной аварии, а также возникновением новых угроз со стороны террористических организаций.
К взрывоопасным объектам относятся: нефтеперерабатывающие предприятия, добывающие шахты, объекты, использующие в технологических процессах сжиженные углеводородные газы, автозаправочные станции, тепло - электростанции, объекты газового хозяйства, газораспределительные пункты (ГРП), насосные станции и др.
К особой группе взрывоопасных объектов относится газифицированный жилой фонд. Статистика показывает, что в настоящее время только в Москве газифицированными остаются 1952244 квартиры (это чуть больше 25 тысяч домов, то есть более 50% всего жилого фонда).
Существует два основных направления обеспечения взрывобезопасности различных объектов на которых возможен аварийный взрыв газопаровоздушных смесей (ГПВС):
профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования газопаровоздушной смеси взрывоопасной концентрации и ее воспламенения;
мероприятия, обеспечивающие устойчивость строительных конструкций зданий при аварийном взрыве ГПВС.
ВЕСТНИК 4/2010
В настоящее время большое внимание уделяется первому направлению. Однако статистика показывает, что исключить полностью возможность реализации аварийного взрыва ГПВС не представляется возможным.
К сожалению, в нашей стране ввиду износа оборудования на объектах газовой и химической промышленности количество аварийных ситуаций, связанных со взрывным горением ГПВС, возрастает из года в год. В последнее время участились случаи взрывов газа в жилых домах. Достаточно отметить один из последних случаев взрыва бытового газа, произошедший в Москве (ул. Артековская д.2) 21 января 2010 г. с человеческими жертвами и большим материальным ущербом.
Парадоксальная ситуация сложилась с декларациями по безопасности промышленных объектов. Ни в одной из них не отражен вопрос о нагрузках при взрыве газопаровоздушной смеси. В 90 случаях из 100 нагрузки превышают безопасный уровень в 3.. .12 раз, что приводит к разрушению зданий, оборудования и гибели людей.
Имеются существенные различия в российской и зарубежной нормативной документации в области взрывобезопасности. Если в США для зданий со средней степенью взрывоопасности веществ рекомендуется иметь площадь сбросных проемов 65м2 на 1000м3 объема, то британские нормы рекомендуют в этом же случае 170м2, а отечественные нормы - 30м2. Причиной этого является не учет в российских нормативных документах множества факторов, влияющих на величину взрывной нагрузки: интенсификация горения, вызванная масштабным эффектом, начальной турбулизаци-ей газовоздушной смеси и наличием во взрывоопасном помещении технологического оборудования, строительных конструкций и прочих препятствий на пути движения пламени; объемно-планировочное решение помещений; давление вскрытия предохранительных конструкций и времени их вскрытия; степени загазованности помещения и распределение концентрации горючей смеси по объему помещения и др.
Не учет одного из перечисленных выше факторов может привести к печальным последствиям. Проиллюстрируем это заключение результатами аварии при взрыве природного газа в одной из квартир жилого дома по Щербаковской улице г.Москвы в 1998 г (рисунок 1).
Рисунок 1 - Результаты аварии при взрыве природного газа в жилом доме по ул.
Щербаковская
В результате взрыва произошло обрушение части здания от первого до десятого этажа, имелись человеческие жертвы, зданию нанесен значительный материальный ущерб. Причиной столь значительного разрушения явилось использование современных стеклопакетов. Их высокая прочность привела к значительному росту избыточного давления, при котором произошло разрушение кирпичных стен здания. Если те же рамы со стеклопакетами были бы выполнены в виде распашных окон, таких последствий можно было бы избежать (рисунок 2).
¿Р., кПв
Л
1 ; 2 /
/Ы- и—
ч.ь (.0 1.5 и, 2 5
Рисунок 2 - Динамика давления в квартире с различным остеклением:
1 - рамы в оконных проемах выполнены распашными.
2 -оконные проемы которой оборудованы современными стеклопакетами
Повышение прочности остекления играет положительную роль при обеспечении защиты от внешних взрывов, но не допустимо при взрывах внутри помещений. Так, многослойные стекла, получаемые склеиванием между собой двух или более пластин силикатного стекла классов взрывобезопасности от Кб до К14 по ГОСТ 30826 симметричны, т.е. обладает одинаковой прочностью при динамическом воздействии на них как с лицевой стороны, так и с тыльной стороны не являются взрывобезопасными. Остекление защитное пленочного типа, т.е. силикатное стекло с установленной на него полиэтилентерефталатной самоклеящейся пленкой по классам защиты К1...К9 по взрывобезопасности и Р2А (А1) по устойчивости к удару хотя и ассиметрично (выдерживает без пробоя удар с лицевой стороны с энергией 141 Дж, с тыльной стороны -10.12 Дж), но также не может считаться легкосбрасываемой конструкцией, т.к. для его разрушения при взрыве внутри помещения, потребуется избыточное давление, существенно превышающее 5 кПа.
В то время, когда для остекления светопроемов применялось стекло вертикальной вытяжки толщиной 3 мм и менее, а вставлялись эти стекла в раздельные одинарные или двойные рамы, стекла в таких разрушались при повышении давления в помещении до 3.5 кПа. Но вот уже более четверти века в жилищном (и ином) строительстве
ВЕСТНИК 4/2010
применяются спаренные рамы. Толщина стекла возросла до 4.5 мм, улучшилась конструкция рамы, более надежным стало ее крепление к стенам. Улучшился комфорт проживания, уменьшились теплопотери. Но разрушается такое остекление при давлении не менее 5.10 кПа (500.1000 кг/м2), а максимальное давление в помещении может достигать 15.20 кПа, и разрушаются легкие внутренние строительные конструкции - перегородки, двери, что приводит к разрушению кирпичных стен здания и выбросу наружу ограждения панельных и каркасных зданий.
Еще хуже дело обстоит при заполнении светопроемов современными стеклопаке-тами клееными строительного назначения по ГОСТ 24866, разрушить которые можно при повышении давления до 15.25 и выше кПа (1500.2500 кг/м2). При таком давлении люди получают достаточно серьезные баротравмы, происходит экспоненциальное нарастание давления продуктов взрывного горения и разрушение ограждающих и несущих конструкций.
Одним из самых эффективных мероприятий, снижающих взрывные нагрузки до безопасного уровня как в России, так и за рубежом, является устройство сбросных проемов, оборудованных предохранительными конструкциями. Предохранительные конструкции (ПК), в частности, легкосбрасываемые конструкции (ЛСК), устраиваются в наружном ограждении помещений взрывоопасных промышленных производств. Но в виду того, что нормативы по их применению носят рекомендательный характер, не учитывающий физические процессы вскрытия ПК, они не всегда обеспечивают взры-воустойчивость зданий и сооружений.
Проектирование и строительство новых взрывоопасных объектов, подразумевает под собой использование новых современных материалов и строительных конструкций. Например, в северных районах установка остекления в виде пластиковых стекло-пакетов для обеспечения надежного теплосбережения является необходимостью. Однако, согласно нормативным документам, такое остекление не может выступать в качестве предохранительных конструкций в виду его высокой прочности.
Современные разработки в области взры-воустойчивости, проводимые в Московском государственном строительном университете (НТЦ «Взрывоустойчивость» МГСУ), позволяют решить эту проблему и удовлетворить требования к безопасности как жилых, так и промышленных объектов. Одним из таких технических решений является предохранительное противовзрывное устройство (ППУ) (см. рисунок 3).
Для жилого газифицированного помещения ППУ состоит из рабочей створки (3), основной створки (2) и рамы (1) (см. принципиальную схему противовзрывного устройства на рисунке 4).
Основная створка (2) открывается внутрь помещения, что необходимо для безопасной
чистки стекол с внешней стороны поворотной Рис. 3
створки.
4/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
При заданном избыточном давлении, воздействующем на рабочую створку, срабатывают запорные устройства (4), освобождающие поворотную створку рамы.
В качестве запорного устройства используются защелки, усилие вскрытия которых задается. Для несанкционированного вскрытия рабочей створки изнутри предусмотрена защита (5). С внешней стороны также предусмотрена защита от вскрытия рабочей створки с целью проникновения в жилое помещение.
Максимальное избыточное давление во взрывоопасном помещении определяется расчетом в зависимости от ряда параметров: физико-химических свойств газа, объема помещения, площади и массы рабочей створки, характеристик запорного устройства.
Для обеспечения взрывоустойчи-вости промышленных помещений может использоваться ППУ состоящей только из рамы и рабочей створки (включая запорные элементы), т.к. отпадает необходимость открывания створки внутрь помещения. Это упрощает и удешевляет конструкцию.
В 2009 году на базе Московского государственного строительного университета были проведены приемочные испытания ППУ. Испытания показали, что оно удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к легкосбрасываемым конструкциям, и обеспечивает допустимые (неразрушающие) нагрузки на строительные конструкции зданий и сооружений.
Результаты этой работы должны обеспечить возможность массового производства и внедрения ППУ на промышленных объектах и объектах газифицированного жилищного фонда, что позволит обеспечить их взрывоустойчивость.
Рис. 5
Литература
1. Мишуев А.В., Казеннов В.В. «Способ защиты зданий и сооружений от разрушения при взрыве газопаровоздушной смеси и устройство для обеспечения взрывобезопасности помеще-ний»Патент на изобретение №2301312 от 20.06.2007
1. Mishuev A., Kazennov V. «Method of protecting buildings from destruction by the explosion of gas-air mixture and a device for providing explosion safety of rooms». A patent for the invention № 2301312, 20 June 2007
Ключевые слова: взрыв, взрывоустойчивость, остекление зданий, разрушающие нагрузки, взрывобеспоасност
Keywords: explosion, resistance to explosion, glassing of building, destructive loads.
Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»
