CC BY
18
/52 "Civil SecurityTechnology", Vol. 18, 2021, No. 4 (70) УДК 614.841.2
Safety in emergencies
Влияние землетрясений на противопожарную защиту зданий и сооружений
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2021
И.Р. Хасанов Аннотация
Рассмотрены основные требования к системам противопожарной защиты для применения в зданиях и сооружениях в сейсмоопасных районах. Отмечены основные критические места повреждения автоматических установок пожаротушения при землетрясениях. Предложены технические решения по повышению устойчивости работы автоматических систем пожаротушения при сейсмических воздействиях.
Ключевые слова: землетрясения; пожары; системы противопожарной защиты; автоматические установки пожаротушения.
The Impact of Earthquakes on the Fire Protection of Buildings and Structures
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2021
I. Khasanov
Abstact
The basic requirements for fire protection systems for use in buildings and structures in earthquake-prone areas are considered. The main critical places of damage to automatic fire extinguishing systems during earthquakes are marked. Technical solutions are proposed to improve the stability of automatic fire extinguishing systems under seismic influences.
Key words: earthquakes; fires; fire protection systems; automatic fire extinguishing units.
17.08.2021
Разрушение объектов инфраструктуры, зданий и сооружений при землетрясениях нередко сопровождается возникновением пожаров. Очаги возгорания при сейсмических воздействиях возникают при: замыканиях в электросетях; опрокидывании и соприкосновении с горючей нагрузкой горящих элементов приборов; воздействии механических искр; образовании взрывоопасных концентраций горючих газов; повреждении технологических установок с горючими жидкостями [1].
Количество очагов пожаров зависит от интенсивности землетрясения и, соответственно, от степени разрушения зданий и сооружений. Пожары возникают сразу после землетрясения (20% всех пожаров), затем в последующие 6 часов — 50%. Более 90% очагов пожаров возникает в течении суток [2]. Очевидно, что на количество и развитие пожаров влияет также разрушение систем противопожарной защиты. Землетрясение в Армении в 1988 г показало, что в наиболее разрушенном Спитаке возникало около 4 пожаров на 1 км2, в менее разрушенных Ленинакане и Кировакане возникало 3 и 1 пожара на 1 км2, соответственно [3].
Современные здания, особенно с массовым пребыванием людей, которые строятся в сейсмоопасных районах, представляют собой сложный комплекс конструктивных, инженерных и технических решений, включая системы противопожарной защиты. В состав системы противопожарной защиты зданий входят автоматические установки пожаротушения (АУП), системы автоматической пожарной сигнализации, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, приемно-контрольные приборы, системы противодымной защиты, приборы управления и др.
Выход из строя и разрушение систем противопожарной защиты при землетрясениях значительно усложнит проведение мероприятий по спасению и эвакуации людей и борьбу с пожарами. В связи с этим, актуальным является проведение исследований по вероятности отказа систем пожаротушения при землетрясениях в целях обоснованной оценки пожарной обстановки и разработки организационных и технических противопожарных мероприятий.
Целью данного исследования является на основе анализа воздействия землетрясений на устойчивость работы АУП предложить организационные и технические решения по повышению эффективности противопожарной защиты зданий и сооружений в сейсмоопасных зонах.
Основные требования к строительным конструкциям со средствами огнезащиты, к АУП, предназначенным для применения в зданиях и сооружениях в сейсмоопасных районах, изложены в своде правил [4].
Вопросы применения в строительстве в сейсмоопасных районах строительных конструкций, отвечающих как требованиям пожарной безопасности, так и требованиям сейсмобезопасности рассмотрены в [5]. В статье рассматриваются вопросы, связанные с процедурами проведения сертификационных испытаний строительных конструкций, подтверждающими соответствие этих конструкций требованиям пожарной и сейсмобезопасности.
Выбор систем противопожарной защиты при проектировании зданий, сооружений и строений в сейсмических районах следует проводить с учетом их устойчивости при землетрясении и после него. Так, для технологической части АУП (трубопроводы, их опорные конструкции, модули пожаротушения, коллекторы, распределительные устройства и др.) следует согласно [4] экспериментально оценивать сейсмостойкость оборудования.
При этом, при обосновании сейсмостойкости оборудования АУП, должны учитываться два вида сейсмических нагрузок:
инерционные — возникающие в результате динамических колебаний системы при заданном сейсмическом воздействии;
нагрузки, возникающие в результате относительного смещения опор оборудования установок при заданном сейсмическом воздействии.
Элементы АУП, включая приемно-контрольные приборы и приборы управления, также должны выбираться с учетом обеспечения их сейсмостойкости. Элементы этих систем должны испытываться в собранном, закрепленном, отрегулированном и работоспособном состоянии в режиме, имитирующем рабочее состояние. Устойчивость к сейсмическим воздействиям АУП следует определять с учетом требований свода правил [6].
Соблюдение требований свода правил [4] к АУП для зданий и сооружений в сейсмических районах значительно повышают пожарную и сейсмобезопасность объектов защиты. Вместе с тем, статистика и практика пожаров при землетрясениях различной интенсивности показывают, что повреждения систем противопожарной защиты происходят регулярно. Так, в работе [7] проведены — анализ отказов систем пожаротушения при землетрясении в Нортридже (США) в 1994 г. и сравнение с требованиями американского стандарта №РА для проектирования АУП в сейсмоопасных районах [8]. Процентное количество поврежденных автоматических спринклерных систем пожаротушения в различных городах США следующее: 3,9% в Сан-Фернандо (1971 г.) при землетрясении магнитудой 6,4; 18% в Лонг-Бич (1933 г) при землетрясении магнитудой 6,3; 21% в Аляске (1964 г.) при землетрясении магнитудой 8,4.
В табл. 1 представлены оценки повреждения зданий и систем пожаротушения при землетрясении в г. Сан-Фернандо в 1971 г. [9]. Следует отметить, что по данным табл. 1 в зданиях, которые не были разрушены при землетрясении, сейсмические воздействия привели к повреждениям АУП почти в половине таких зданий.
Анализ последствий землетрясений показал, что при землетрясениях магнитудой от 5 до 9 основные элементы повреждения АУП — это места соединения трубопроводов (резьбовые фитинги); элементы продольного крепления трубопроводов; оросители (спринклерные головки), поврежденные после контакта с разрушенными потолочными системами.
Другой проблемой для эффективной работы АУП является повреждение при землетрясении систем противопожарного водоснабжения, включая потерю воды или электричества, повреждение труб или проводов [10].
/54 "Civil SecurityTechnology", Vol. 18, 2021, No. 4 (70)
Safety in emergencies
Таблица 1
Повреждения здания и систем пожаротушения при землетрясении в г. Сан-Фернандо (США) (1971 г.)
Степень разрушений зданий Поврежденные здания Поврежденные АУП Повреждения оросителей АУП
Количество % Количество % Количество %
Без разрушений 6 9 30 44 40 59
Слабое разрушение 25 37 16 24 12 18
Среднее разрушение 13 19 9 13 7 10
Сильное разрушение 24 35 13 19 9 13
Полное разрушение 68 100 68 100 68 100
Землетрясения могут привести к повреждению многих объектов, включая большинство систем жизнеобеспечения. Пожарным подразделениям часто бывает сложно добраться до места пожара по многим причинам, включая поврежденные пожарные депо и заблокированные улицы.
В работе [11] изложены общие требования, предъявляемые к инженерным системам зданий, строящихся в сейсмоопасных районах. Существенные повреждения металлических трубопроводных систем в зданиях и сооружениях отмечаются при разрушениях несущих конструкций, а также в случае ненадежного крепления труб коммуникаций к этим конструкциям или при отсутствии упругих прокладок в крепежных устройствах.
Серия землетрясений в г. Крайстчерче (Новая Зеландия) инициировала исследования на сейсмическую устойчивость систем противопожарной защиты [12]. Установлено, что повреждения получили пожарные резервуары с водой, насосы и оборудование АУП. Системы пожаротушения получили повреждения вследствие нарушения креплений и обрушения строительных конструкций. Еще одна проблема была связана с прокладкой кабелей пожарной сигнализации. Было установлено, что при установке кабелей пожарной сигнализации мало внимания уделялось последствиям сейсмического перемещения конструкций здания. Повреждения наблюдались, в основном, в местах пересечения кабелей и строительных конструкций.
Последствия землетрясения магнитудой 6,9 в г. Кобе (Япония) в 1995 г. [13] на системы противопожарной защиты показаны в табл. 2. Видно, что наибольшие повреждения (более 40%) получили системы пожаротушения.
Проведенный анализ последствий землетрясений на противопожарную защиту зданий и сооружений показал, что сейсмическим воздействиям подвержены все системы противопожарной защиты. Наибольшие повреждения следует ожидать в системах водяного пожаротушения. В АУП основные повреждения наблюдаются в местах соединения и крепления трубопроводов, а также в местах воздействия разрушенных строительных конструкций с оросителями.
Повреждения систем противопожарной защиты в |
В связи с этим, неукоснительным требованием применения АУП в зданиях и сооружениях в сейсмоопасных зонах является испытания на сейсмостойкость всех элементов АУП, включая приемно-контрольные приборы и приборы управления.
Устойчивость работы автоматических систем пожаротушения при сейсмических воздействиях во многом определяется работой трубопроводов. В целях минимизации этих воздействий следует снизить напряжения в трубопроводах, обеспечивая гибкость и наличие зазоров, в местах возможного перемещения строительных конструкций в различных направлениях. В местах, где конструкции будут перемещаться вместе со зданием, крепления трубопроводов рекомендуется сделать жесткими.
В сейсмоопасных районах прокладка трубопроводов должна проектироваться, чтобы исключить их деформацию и разрушение. Зазоры в местах прохождения трубопроводов следует заполнять эластичными материалами, стыковые соединения труб, соединяемые на муфтах, выполняются с применением резиновых уплотнительных колец. В местах поворота трубопроводов из вертикального в горизонтальное положение необходимо предусматривать бетонные упоры; внутренняя разводка водопроводных коммуникаций должна быть надежно прикреплена к несущим конструкциям; стояки трубопроводных систем должны прокладываться в местах, наименее уязвимых при землетрясении (внутренние стены, стены лестничных клеток, сантехнические блоки и т.п.).
При проектировании систем водоснабжения промышленных зданий в сейсмоопасных районах, где прекращение подачи воды может вызвать аварии, следует предусматривать два независимых источника водоснабжения.
При оценке возможной пожарной обстановки в очагах поражения и разработке организационных и технических противопожарных мероприятий при землетрясениях территориальным органам управления МЧС России следует учитывать повреждения и отказ работы систем противопожарной защиты. В этих целях руководителям центральных, местных представительных
Таблица 2
ультате землетрясения в г. Кобе (Япония) в 1995 г.
Тип противопожарной защиты АУП Внутренний противопожарный водопровод Система пенного пожаротушения Система газового пожаротушения Пожарная сигнализация
Процент повреждения системы (%) 40,8 23,7 24,1 10,5 20,1
и исполнительных органов, организаций всех форм собственности в целях защиты населения и снижения экономического ущерба от возможных землетрясений заблаговременно целесообразно провести работы по укреплению систем водоснабжения, запланировав создание альтернативных источников воды.
В сейсмоопасных районах при строительстве зданий и сооружений необходим учет особых требований к системам противопожарной защиты, и, в первую очередь к АУП и системам пожарной сигнализации. При проектировании инженерных сетей водоснабжения
следует организовать дублирование основных технологических узлов инженерных систем (насосные подстанции, электрогенераторы и пр.).
Анализ отказа систем противопожарной защиты при землетрясениях показал необходимость проведения дальнейших исследований в целях изучения влияния интенсивности сейсмических воздействий на различные типы систем пожаротушения и пожарной сигнализации и разработки рекомендаций по повышению эффективности противопожарной защиты зданий и сооружений в сейсмоопасных зонах.
Литература
1. Хасанов И. Р. Особенности пожарной обстановки в зонах разрушений // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2013. № 6. С. 43-46.
2. Scawthorn С. Fire Following Earthquake — Analysis and Mitigation in North America // Proceedings of the International Symposium on Engineering Lessons Learned from the 2011 Great East Japan Earthquake, March 1-4, Tokyo, Japan, 2012. pp. 913-924.
3. Копылов Н. П., Хасанов И. Р. Пожарная обстановка в городской застройке при землетрясениях // Технологии гражданской безопасности. 2018. Т. 15. № 1. С. 54-57.
4. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7—81*. М.: Стандартин-форм, 2018. 115 с.
5. Кривцов Ю. В., Бубис А. А., Ладыгина И. Р., Макаревич А. А. Пожарная безопасность зданий и сооружений при сейсмических событиях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2017. № 3. С. 44-51.
6. СП 485.131 1500.2020. Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. М.: Стандартинформ, 2021. 94 с.
7. LeGrone Р. An Analysis of Fire Sprinklers System Failures During the Northridge Earthquake and Comparison with the Seismic Design Standard for these Systems // 13th World Conference on Earthquake Engineering Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004, Paper No. 2136. 11 p.
8. NFPA 13-2019 Standard for the Installation of Sprinkler Systems.— National Fire Protection Association, 2019. 746 p.
9. Steinbmgge K. Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis An Anatomy of Hazards.—Skandia America Group, 1982. 146 p.
10. Botting R., Buchanan A. H. Structural Design for Fire after Earthquake // Proceedings, Second Australasian Structural Engineering Conference, Auckland, 1998. pp. 529-534.
11. Шонина H. A. Сейсмостойкость и внутренние инженерные системы // Сантехника. 2012. № 1. С. 34-41.
12. Baker G., Collier Р., Abu A., Houston В. Post-earthquake structural design for fire — a New Zealand perspective // 7th International Conference on Structures in Fire. Zurich, Switzerland, June 6-8, 2012. 10 p.
13. Kamogawa M., Ofuruton H, Ohtsuki Y. Earthquake light: 1995 Kobe earthquake in Japan // Atmospheric Research, 2005. No. 76 (1). pp. 438-444.
Сведения об авторах
Хасанов Ирек Равильевич: д.т.н., ФГБУ ВНИИПО МЧС
России, г н.с. науч.-исслед. центра.
г. Балашиха, Россия.
e-mail: irhas@rambler.ru
SPlN-код: 9598-3765.
Information about the author
Khasanov Irek R.: ScD (Technical Sc.), All-Russian Research Institute for Fire Protection, Chief Researcher, Research Center.
Balashikha, Russia. e-mail: irhas@rambler.ru SPIN-scientific: 9598-3765.
Издания ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
Авторы, название URL
Акимов В.А. и др. Чернобыль. Памяти страницы (к 30-летию аварии на ЧАЭС) http://elibrary.ru/item.asp?id=25889315
Батырев В.В. и др. Основы индивидуальной защиты человека от опасных химических и радиоактивных веществ. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=25637877
Артамонов В.С. и др. Гражданская оборона. Учебник http://elibrary.ru/item.asp?id=26496217
Акимов В.А. и др. Защита населения и территорий Российской Федерации в условиях изменения климата http://elibrary.ru/item.asp?id=26013124
Воронов С.И. и др. Страхование от чрезвычайных ситуаций. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=26244052
Степанов В.Я. Чернобыль: взгляд сквозь годы. Выпуск 6. Сер. Звезда Чернобыля http://elibrary.ru/item.asp?id=25889316
Пучков В.А. Настольная книга руководителя гражданской обороны. Изд. 3-е, актуализ. и дополн. https://elibrary.ru/item.asp?id=29123709
Мануйло О.Л. и др. Справочник руководителя гражданской обороны http://elibrary.ru/item.asp?id=26175476
Прищепов Д.З. и др. Сборник результатов интеллектуальной деятельности МЧС России http://elibrary.ru/item.asp?id=26516650
