CC BY
90
КОНФЕРЕНЦИЯ "ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ"
УДК 614.841
ВЗРЫВОЗАЩИТА ЗДАНИЙ
A. В. Мишуев
профессор,доктор технических наук,академик РАЕН
B. В. Казённов
профессор,доктор технических наук
Л. Н. Гусак
кандидат технических наук НТЦ "Взрывоустойчивостъ"
Мишуев Адольф Владимирович
В обеспечении взрывобезопасности и взрыво-
устойчивости зданий и сооружений крайне актуальной задачей является разработка мероприятий применительно к взрыву газопаровоздушных смесей (дефлаграционный взрыв) внутри помещений. По статистике ущерб от этих взрывов в 3-4 раза выше, чем от взрывчатых веществ (ВВ) типа тротила. Кроме того, если средства защиты от взрывов ВВ носят ограниченный характер, то взрывоустойчивость объектов при дефлаграцион-ном взрыве можно гарантировать с вероятностью 95-99%. Это обеспечивается характером остекления оконных проемов, выполняющих роль предохранительной конструкции. При вскрытии оконных проемов энергия дефлаграционного взрыва выходит в атмосферу, так что внутри помещений давление не превышает безопасного уровня. При отсутствии же сброса энергии давление достигает величины 5-9 атм (500-900 кПа).
При дефлаграции в отличие от других видов взрывов нарастание давления до максимума происходит плавно, без образования ударной волны. Это обстоятельство обуславливает при дефлаграцион-ном взрыве квазистатический характер роста давления внутри помещения. Распределение давления зависит только от времени и практически одинаково в указанный момент для всех точек объема помещения. Плавное нарастание давления при дефлаг-рационном взрыве позволяет организовать сброс энергии (давления) в атмосферу через проемы (сбросные отверстия) в ограждающих конструкциях помещения (стены, потолочные перекрытия) и обеспечить безопасные нагрузки, которые согласно СНиПам не должны превышать 5 кПа (0,05 атм).
В качестве сбросных отверстий используют предохранительные конструкции (ПК) в виде оконных проемов, перекрываемых остеклением, или, в отдельных случаях, легкими перегородками, называемыми легкосбрасываемыми конструкциями
(ЛСК), в частности вращающимися вокруг вертикальных шарниров распашными ЛСК.
Существующие типы и виды остекления только в 10-15-ти случаях из 100 взрывов газа обеспечивают безопасность людей и взрывоустойчивость квартир и зданий. Особенно опасными являются стеклопакеты, прочность которых соизмерима с прочностью несущих конструкций (стен, перекрытий, перегородок) (рис. 1). Газифицированные квартиры (их в Москве несколько сотен тысяч) не проектируются на обеспечение безопасных нагрузок при взрыве бытового газа (метана, пропана). Как правило, в случае использования степлопаке-тов нагрузки при дефлаграционном взрыве таковы, что происходит разрушение части зданий. В результате ущерб при взрывах бытового газа в 2-3 раза превосходит ущерб от аварийных взрывов на взрывоопасных промышленных, энергетических и транспортных объектах. В то же время принципиально возможно обеспечить взрывоустойчивость здания, применяя разрабатываемые в настоящее время модификации остекления.
РИС.1. "Высокопрочные стеклопакеты в квартирах, оборудованных газовыми плитами — это бомба замедленного действия!" — утверждает профессор В. В. Казённов (МГСУ)
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 6'2004
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 г, мс
Расчетные осциллограммы при различном заполнении сбросных проемов: 1 — остекление (стеклопакеты, толщина стекла 5 мм): АРвскр = 5 кПа; 2 — остекление (деревянные рамы, толщина стекла 3 мм): АРвскр = 2 кПа; 3 — ЛСК: АРвскр = 0,7 и 2 кПа; 4 — заполнение сбросных проемов отсутствует
ющее на стекло, площадь, толщина и форма стекла (отношением меньшей стороны к большей).
После того, как подобраны площади, толщина и форма стекол, необходимо проверить достаточность общей площади остекления для сброса давления в помещении по зависимости
^ост.тр ^откр.тр (Ардоп X (1)
где Зосттр — требуемая площадь остекления, м2; Зоткр.тр — требуемая площадь открытых проемов для сброса давления, м2;
— средняя относительная площадь, освобождающаяся от стекла при его разрушении в застекленных проемах, определяемая по выражению
П = 0,68 + 0,26^од (Ардоп),
(2)
С ростом угрозы террористических актов и диверсий, имеющих целью вызвать большой материальный урон и многочисленные человеческие жертвы, круг взрывоопасных объектов существенно расширился. Потенциально взрывоопасными стали объекты, где и около которых могут быть совершены террористические акты (к примеру, взрыв около гостиницы "Националь"). Таким образом, возникла задача защиты интерьера помещений от внешних взрывов. Следует признать, что значительное число помещений требуют защиты как от внутренних, так и от внешних взрывов. Для обеспечения подобной защиты требуется использование материалов, позволяющих создавать такие ПК, которые легко бы вскрывались при воздействии внутренних аварийных взрывов и обладали бы большой прочностью для противодействия внешним взрывным нагрузкам. Наука и техника ответили на этот запрос созданием пленкоармированного листового стекла, в котором для армирования используются прочные прозрачные силиконовая пленка и клей. Этот комплексный материал получил название взрывобезопасного стекла и, соответственно, выполненное из него остекление — взрывобезопасно-го остекления.
Разрушение стекол зависит от очень большого числа факторов, таких как свойства песка, взятого из различных карьеров, технология обработки, методы перевозки и обращения со стеклом как материалом. В стекле со временем накапливаются внутренние локальные напряжения и микротрещины, поэтому разрушение стекол подчинено закону распределения случайных величин Вейбулла. Прочность стекла характеризуется вероятностью разрушения, ее основные факторы — давление, действу-
Еод (Ардоп) — вероятность разрушения одинарного остекления выбранного типа (по размерам); ^ (Ардоп) — вероятность разрушения выбранного типа по размерам и кратности остекления (одинарного, двойного или тройного). Кроме ЛСК сбросные проемы могут быть заполнены другими типами предохранительных конструкций (например, глухим остеклением).
На рис. 2 приведены зависимости давления от времени. Расчетные осциллограммы процесса с ЛСК по сравнению с осциллограммой в помещении с открытыми сбросными проемами показывают, что наличие ЛСК вызывает появление дополнительного, как правило, самого первого пика давления. В дальнейшем процессы протекают одинаково.
Применение глухого остекления оказывает влияние на процесс горения на всем его протяжении, увеличивая уровень взрывных нагрузок. Это вызвано тем, что глухое остекление никогда не вскрывается полностью, т.к. остаются осколки, частично перекрывающие сбросные проемы. При этом видно, что уровень взрывных нагрузок возрастает почти в 2 раза при применении остекления в деревянных переплетах и в 3,5 раза в случае использования стеклопакетов.
Приведенный пример свидетельствует о большей эффективности предохранительных конструкций в виде ЛСК.
Большинство типов остекления не гарантирует безопасные нагрузки при взрыве газопаровоздушных смесей. В связи с этим необходимо разработать такие модификации остекления, которые обеспечивали бы вскрытие оконных проемов при давлении, гарантирующем безопасные нагрузки внутри помещения (обычный хлопок) и, соответственно, взрывоустойчивость здания.
Поступила в редакцию 18.08.04.
