КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ ВЫСОТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

УДК 614.841.33 DOI 10.25257/FE.2018.1.28-38

ИВАНОВ Владимир Николаевич

Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия

E-mail: v.n.ivanov-pbs@yandex.ru

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ ОГНЕСТОЙКОСТИ

ВЫСОТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

В статье проведён анализ пожарной опасности высотных жилых зданий, особенности развития пожара в них, анализ отечественных и зарубежных нормативных документов к назначению требуемых пределов огнестойкости основных несущих конструкций высотных жилых зданий и анализ факторов, влияющих на определение значений требуемых пределов огне- стойкости. Проведён численный эксперимент по определению пределов огнестойкости при стандартном и реальном темпе- ратурных режимах пожара. Представлена методика и алгоритм комплексного подхода к определению требуемых пределов огнестойкости основных несущих конструкций высотных жилых зданий.

Ключевые слова: высотные жилые здания, огнестойкость, температурный режим, требуемые пределы огнестойкости, эквивалентная продолжительность пожара.

Т    ребуемая степень огнестойкости определя-
ется в действующем нормативном доку-
менте СП 2.13130.2012 «Системы противопожар-
ной температуры при реальном пожаре. Предел огне-
стойкости несущих конструкций лишь косвенно даёт
представление о реальном времени потери несущей
ной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов               способности в условиях реального пожара [1].
защиты» для:                                                       Анализ ранее действующих нормативных доку-
зданий и сооружений – из класса функциональной        ментов в области строительства зданий и сооружений,
пожарной опасности (назначение здания), геометриче-          начиная с 1950-х гг. ХХ века и по настоящее время,
ских размеров здания (высота и площадь пожарного от-         показывает, что требуемые пределы огнестойкости
сека), категории по взрывопожарной опасности здания;         для I–III степеней огнестойкости были завышены,
жилых домов – из высоты здания, класса конструк-      а снижение, возможно, связано с переходом от плано-
тивной пожарной опасности здания и площади этажа             вой экономики к рыночной (рис. 1).
в пределах пожарного отсека.                                       Законодательством закреплено в статье 8 Фе-
В федеральном законе № 123 «Технический рег-          дерального закона № 384 «Технический регламент
ламент о требованиях пожарной безопасности» при-             о безопасности зданий и сооружений», что здание или
водятся пять степеней огнестойкости. Хотя ещё срав-          сооружение должно быть спроектировано и построено
нительно недавно в территориальных строительных              таким образом, чтобы в процессе жизненного цикла
нормах и общих положениях к техническим требова-             здания или сооружения обеспечивалось сохранение
ниям по проектированию жилых зданий высотой более            его устойчивости в течение времени, необходимого
75 м для высотных и сооружений в Москве была вве-
дена шестая «особая» степень огнестойкости. Просуще-
ствовала она лишь несколько лет, и в настоящее время                                                    1954 г. 1962 г.            1970-1985 гг.             1997-2008 гг.
основных несущих конструкций Птр, мин

в практике проектирования используется иная терми-

Требуемый предел огнестойкости

нология – здание 1 степени огнестойкости с повышен-

ными пределами огнестойкости.

Основополагающим показателем степени огне-

стойкости здания является предел огнестойкости кон- струкции, определяемый при её испытании по стан-

дартному температурному режиму (данный показатель

используется с 24 февраля 1917 года), указанному в ГОСТ 30247.0–94 (ИСО 834–75) «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. 0 Н 102–54 СНиП

II-А.5–62

СНиП

II-А.5–70

СНиП СНиП СНиП ФЗ

II-А.2–80 2.01.02–85 21-01–97 № 123-ФЗ

Общие требования». Стандартный температурный ре- Нормативный документ жим не описывает начальную стадию пожара, и в нём

Рисунок 1. Изменение пределов огнестойкости несущих конструкций отсутствует описание затухающей стадии пожара, в нормативных документах в России:

а также не в полной мере отражён качественный и – I степень огнестойкости; – II степень огнестойкости;

количественный характеры изменения среднеобъём- – III степень огнестойкости

28 © Иванов В. Н., 2018

Огнестойкость высотных зданий

для эвакуации людей (в том числе с учётом особен-      печение нормируемых пределов огнестойкости ог-
ностей инвалидов и других групп населения с ограни-    раждающих конструкций помещения, в котором на-
ченными возможностями передвижения), возможность       ходится вероятный очаг пожара. Следовательно,
проведения мероприятий по спасению людей, доступа      говорить о том, что методика не позволяет учесть
личного состава подразделений пожарной охраны          пределы огнестойкости строительных конструкций,
и доставки средств пожаротушения в любое поме-         нельзя.
щение здания или сооружения и выполнения других               Численные методы решения дифференциальных
действий, направленных на сокращение ущерба от по-     уравнений Навье – Стокса (полевой метод моделиро-
жара вне зависимости от форм собственности.            вания развития пожара, Computational Fluid Dynamic)
Защита людей и имущества от воздействия         позволяют моделировать пожар во всех стадиях раз-
опасных факторов пожара и (или) ограничение по-        вития пожара, в том числе в стадии его затухания [3].
следствий их воздействия обеспечиваются применени-     Развитие компьютерной техники позволяет решать
ем основных строительных конструкций с пределами       данные уравнения для сложных моделей достаточно
огнестойкости и классами пожарной опасности [2],       оперативно, чем, к примеру, 10–20 лет назад.
соответствующими требуемым степени огнестойкости              Сохранение объекта как материальной ценнос-
и классу конструктивной пожарной опасности зданий      ти – сфера деятельности страховых компаний и реше-
и сооружений согласно статье 52 (5 часть) Федераль-    ния собственника объекта. Таким образом, в случае
ного закона № 123 «Технический регламент о требо-      возникновения пожара на объекте и отсутствия вреда
ваниях пожарной безопасности».                         третьим лицам (распространение пожара на соседние
Для выполнения выше перечисленных обяза-        здания) собственнику дешевле не вкладывать значи-
тельных требований необходимо предусмотреть соот-      тельную сумму денежных средств в систему обеспе-
ветствующий требуемый предел огнестойкости – тре-      чения пожарной безопасности объекта или, например,
бование к огнестойкости строительных конструкций,      на обеспечение требуемых пределов огнестойкости
зависящее от условий развития пожара, экономиче-       (240 минут для высотных зданий более 150 м). Кроме
ских, социальных и других особенностей конкретного     этого, не всегда выгодно и возможно производить
объекта защиты [1].                                    ремонт здания после пожара.
Для определения требуемых пределов огнестой-           Анализ ранее действовавших отечественных
кости зданий и сооружений необходима разработка        нормативных документов, специальных технических
алгоритма и методики, так как отсутствуют нормы        условий [4], нормативных документов и проекта нор-
проектирования по пожарной безопасности и крите-       мативного документа по проектированию и строи-
рии расчёта требуемых пределов огнестойкости зда-      тельству высотных жилых зданий, а также обобще-
ний и сооружений при переходе на гибкое (объектно-     ния итогов деятельности нормативно-технических
ориентированное) нормирование в России.                советов МЧС России показал, что в них применяются
три величины требуемых пределов огнестойкости
конструкций основного несущего каркаса: REI 150,
АНАЛИЗ                                REI 180 и REI 240. Анализ зарубежных норм показы-
ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ                          вает, что эти значения могут варьироваться в зависи-
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ                    мости от наличия систем автоматического пожаро-
ОГНЕСТОЙКОСТИ                             тушения, этажности, расчётного времени эвакуации
людей из здания, а также снижения требуемых преде-

Б    езопасность людей (проживающие, мало-
мобильные группы населения и пожарные)
напрямую зависит от требуемых пределов огнестой-
лов огнестойкости основных несущих конструкций
с увеличением высоты расположения этажа ввиду
снижения нагрузок (табл.).
кости основных несущих конструкций здания и яв-               Нормативные документы – СП 267.1325800.2016
ляется одним из критериев их оценки. При условии,      «Здания и комплексы высотные. Правила проекти-
что пределы огнестойкости основных несущих строи-      рования» и проект СП ХХХ.1325800.2017 «Здания
тельных конструкций превышают расчётное время          и комплексы высотные. Требования пожарной безо-
эвакуации, спасения и ликвидации пожара, то требова-   пасности» – позволяют дифференцированно подхо-
ния к дальнейшему повышению огнестойкости здания       дить к назначению требуемых пределов огнестой-
направлены на защиту имущества и сохранение само-      кости несущих конструкций в зависимости от типа
го здания как материальной ценности.                   конструкций и высоты здания.
В соответствии с пунктом 23 (раздела IV)               Как показывает анализ нормативных докумен-
приказа МЧС России от 30 июня 2009 года № 382          тов и различных факторов, при определении тре-
«Об утверждении методики определения расчётных         буемых пределов огнестойкости основных несущих
величин пожарного риска в зданиях, сооружениях         конструкций высотных жилых зданий в нашей стране
и строениях различных классов функциональной           следующих пожарно-технических характеристик: вы-
пожарной опасности» (с изменениями и дополнени-        сота здания, класс конструктивной пожарной опас-
ями, далее – методика) в качестве дополнительного      ности здания, площадь этажа в пределах пожарного
противопожарного мероприятия предлагается обес-        отсека – явно не достаточно.

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Сравнительный анализ требуемых пределов огнестойкости основных несущих конструкций высотных жилых зданий в отечественных и зарубежных строительных нормативных документах

Требования зарубежных норм Требования отечественных норм

IBC, NFPA 202, 120 мин – для зданий высотой до 128 м, 180 мин – для зданий высотой до 100 м,

МГСН 4.04–94, ТСН 31-304–95

NFPA 5000 (США) 180 мин – для зданий высотой > 128 м

*

240 мин – для зданий высотой >100 м

120 мин,                                         Общие положения           180 мин – для зданий высотой до 100 м,
The building standard low                                                     к техническим требованиям
of Japan 2004 (Япония)                                                    по проектированию жилых зданий
180 мин**                                   высотой более 75 м (2002 г.)   240 мин – для зданий высотой > 100 м

ТКП 45-3.02-108–2008 (02250) 120 мин – для зданий высотой до 100 м, 180 мин – для зданий высотой до 100 м,

МГСН 4.19–05,

Высотные здания

180 мин – для зданий высотой > 100 м

*** ТСН 31-332–2006 240 мин – для зданий высотой > 100 м

(Республика Беларусь)

Deutsches Institut fьr Normung (DIN)   120 мин – для зданий высотой 200 м,         СТО 36554501-006–2006,         180 мин – для зданий высотой до 100 м,
(Германия) [5]              180 мин – для зданий высотой > 200 м        СТО 01422789-001–2009          240 мин – для зданий высотой > 100 м

120 мин – для высотных офисов 150 мин – до 100 м,

Building Regulations 2000 Approved и гостиниц СП 267.1325800.2016,

Document B, 2000 ed. Fire safety 180 мин – от 100 до 150 м,

Проект СП ХХХ.1325800.2017

(Великобритания)

90 мин – для жилых высотных зданий 240 мин – для зданий высотой >150 м

Примечания: * допускается снижение на 60 мин при устройстве автоматической установки пожаротушения (АУПТ);

** допускается снижение требуемого предела огнестойкости основных несущих конструкций Птр верхних этажей зданий;

**** но не менее чем на 30 мин больше расчётного времени эвакуации

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА показал, что принимаемых требуемых пределов огне-

В ВЫСОТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ стойкости для основных несущих конструкций зда- ния по несущей способности R90 (табл.) было доста- точно для того, чтобы здание не потеряло своей ус-

Б  езусловно, как показывает анализ реальных
пожаров, высота здания (как параметр) вли-
яет на три основные характеристики, определяющие
тойчивости при развитии пожара практически на всю
высоту здания и при продолжительности развитой
стадии пожара более четырёх часов.
пожарную опасность здания:                                                             Остальные показатели при пожаре: пожарная
– фактическое время эвакуации людей в целом                                нагрузка, объёмно-планировочные решения квартир
из здания;                                                                       и этажей зданий, характер развития пожара внутри
– время подачи пожарными подразделениями                                   здания, (в том числе с воздействием систем актив-
первых пожарных стволов к очагу пожара [6];                                      ной противопожарной защиты) и т. д. – влияют на все
– характер развития пожара по фасаду зда-                                  жилые дома независимо от их высоты.
ния и возможное влияние ветра на него внутри здания                                    Класс функциональной пожарной опасности
при вскрытии остекления (рис. 2).                                                не имеет каких-либо количественных или качествен-
Пожар в Лондоне 14 июня 2017 года в высот-                                 ных величин, только показывает назначение здания,
ном жилом доме «Гренфелл-тауэр» (Grenfell Tower)                                 даёт представление о функциональных процессах,

а б в

Рисунок 2. Пример пожара в высотном жилом доме «Гренфелл-тауэр» (Grenfell Tower), Лондон:

а, б – башня жилого дома в огне; в – последствия пожара

Огнестойкость высотных зданий

проходящих в здании, количестве людей и как основ-           лении (или назначении) требуемых пределов огне-
ной показатель не может рассматриваться. Класс кон-          стойкости высотных жилых зданий.
структивной пожарной опасности для высотных жилых                   К особенностям развития пожара (распростра-
зданий принимается С0. Площадь этажа в переделах             нение опасных факторов пожара (ОФП)) в высотных
пожарного отсека, как правило, принимается не более          жилых зданиях стоит отнести следующее:
2 000 м2 и может повлиять только на площадь пожара.                 1. В 85 % случаев, согласно анализу карточек
Основной показатель, который должен учиты-            тушения пожаров в высотных жилых зданиях в Моск-
ваться при назначении и определении требуемых                ве, пожар не распространяется за пределы квартиры.
пределов огнестойкости основных несущих конструк-                   2. Возможно распространение пожара по фаса-
ций, – это пожарная нагрузка (реальная для высотных          ду и на другие этажи здания при использовании в ка-
жилых зданий, значения которой неизвестны; только            честве утеплителя горючих материалов с низкими по-
в ранее действующих нормах существовало ограни-              казателями пожарной опасности.
чение на жилые помещения не более 50 кг/м2 в экви-                  Наличие систем АУПС влияет на время сообще-
валенте на древесину). При определении требуемых             ния о пожаре, причём для высотных зданий предусма-
пределов огнестойкости, например, для производ-              тривается вывод сигнала «Пожар» на пульт пожарной
ственных зданий и сооружений учитывается катего-             охраны, а также активация систем:
рия здания по взрывопожарной опасности, что под-                    – оповещения и управления эвакуацией людей
тверждает необходимость учёта в первую очередь               при пожаре (СОУЭ);
пожарной нагрузки.                                                  – противодымной вентиляции (ПДВ);
В методическом документе в строительстве                     – автоматической установки пожарной сигна-
в п. 4.1.4 МДС 21-1.98 «Предотвращение распростра-           лизации (АУПТ).
нения пожара» (пособие к СНиП 21-01–97 «Пожарная                    Активные системы противопожарной защиты
безопасность зданий и сооружений») при проектирова-          влияют на:
нии допускалось обоснованное увеличение или умень-                  – развитие ОФП (температурные режимы
шение предела огнестойкости противопожарной сте-             пожара);
ны или перегородки, учитывающее величину пожарной                   – время деятельности пожарных подразделе-
нагрузки в помещениях, разделяемых этой стеной               ний по тушению пожара;
или перегородкой, соответственно, при температур-                   – продолжительность пожара;
ном режиме реального пожара, а также возможность                    – время эвакуации и спасения людей.
обеспечения тушения пожара за время достижения                      В качестве объёмно-планировочных особен-
предела огнестойкости противопожарной стены.                 ностей высотных жилых зданий следует выделить
Требуемые пределы огнестойкости основных              следующее:
несущих конструкций здания (сохранение объекта как                  – средняя высота из анализа более 50 извест-
материальной ценности – огнесохранности) зависят             ных построенных высотных зданий в стране не пре-
от количества пожарной нагрузки, находящейся в нём           вышает 150 м (рис. 4);
и особенностей развития пожара.                                     – предусматривается деление здания на пожар-
Из анализа нормативной и научной литерату-            ные отсеки высотой не более 75 м;
ры [1, 7–17] следует выделить факторы (рис. 3), ко-                 – наличие многосветных помещений (атриумы)
торые должны комплексно учитываться при опреде-              во внутреннем объёме здания (пожарный отсек);

Рисунок 3. Факторы, влияющие на требуемые пределы огнестойкости:

ОФП – опасные факторы пожара; ВПВ – внутренний противопожарный водопровод; ПДЗ – противодымная защита;

АУПТ – автоматическая установка пожаротушения; АУПС – автоматическая установка пожарной сигнализации;

СОУЭ – система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

мещения. Среднее значение по квартире с учётом зна-

Процент жилых зданий в России, %

40                                                                              чительных площадей современных квартир высотных
35                                                                              жилых зданий составило 495,7 МДж/м2, что эквива-
30                                                                              лентно 35,92 кг/м2 в переводе на древесину.
25                                                                                     По полученному значению удельной пожарной
20                                                                              нагрузки было проведено математическое модели-
15                                                                              рование по полевой модели (Fire Dynamic Simulator)
10                                                                              наиболее часто встречаемых квартир площадью 100 м2
5                                                                              с коридорной планировочной схемой в целях опреде-
ления параметров реальных температурных режимов
0     75–100               100–125   125–150    150–175     175–200   >  200
с учётом действия активных систем противопожар-
Высота зданий, м
ной защиты (рис. 5, а).
Рисунок 4. Средняя архитектурная высота                       Кроме этого, для помещения этой же площа-
высотных жилых зданий в России                     ди (рис. 5, б) проведено математическое моделиро-
вание по определению реальных температурных ре-
жимов пожара без учёта стадии затухания пожара
– наличие многоуровневых квартир, квартир                                                            по справочным данным Ю. А. Кошмарова по пожарной
со свободной планировкой и большой площадью                                                                  нагрузке наиболее близкой к жилым домам и встроен-
(в т.ч. на всей площади этажа) и редкое планирование                                                         ным помещениям в зависимости от мощности тепло-
однокомнатных квартир;                                                                                       выделения с 1 м2 [18].
– средняя высота помещений квартир не пре-                                                                  По результатам математического моделиро-
вышает 3,2 м.                                                                                                вания получены реальные температурные режимы
К конструктивным особенностям высотных жи-                                                           для заданной модели для различных сценариев:
лых зданий относятся:                                                                                               – при работе систем вытяжной механической
– применение каркасно-ствольных конструк-                                                            противодымной вентиляции с расходами на клапа-
тивных систем;                                                                                               нах дымоудаления размерами 0,5Ч0,5 м и расходом
– применение каркаса с диафрагмами жесткости.                                                        5,8 м3/ч [19];
– значительные нагрузки на несущие конст-                                                                   – при свободном развитии пожара с актива-
рукции, увеличивающиеся вместе с высотой здания                                                              цией дренчерных оросителей с расходом 1 л/с на 1 по-
(чем выше здание, тем больше нагрузки на несущие                                                             гонный метр над проёмами и работой всех активных
конструкции, особенно в нижней части зданий).                                                                систем противопожарной защиты (СППЗ). По пико-
вым (максимальные) значениям температур построен
график, отражающий наиболее критичный реальный
ОЦЕНКА РЕАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ                                           температурный режим (рис. 6).
РЕЖИМОВ ПОЖАРА                                                          Полученные температурные режимы по из-
вестным справочным данным Ю. А. Кошмарова [18]

И сследование пожарной нагрузки мето- дом суммирования тепловых потенциалов элементов пожарной нагрузки по анализу дизайн- показывают, что стандартный температурный режим имеет максимальные значения температур в 1,5–2 раза выше. Соотношение площадей фигур под тем- проектов и натурного наблюдения квартир показало, пературными режимами S1/S2 (красная – стандарт- что значение удельной пожарной нагрузки для квар- ный температурный режим – и чёрная – реальный тир высотных жилых домов варьируется в пределах температурный режим – линии, соответственно, на

300–1000 МДж/м2 в зависимости от назначения по- рис. 7, а и б) в интервале от 1,3 до 2,7 для пожарной

10 м пары Дренчерные Клапаны

Термо завесы дымоудаления проёмов сины

ь древе

3м

10 м

Штабле

ители орос рные нкле 15 м

2м Спри а б

Рисунок 5. Модель определения реальных температурных режимов в Fire dynamics simulator (FDS):

а – с учётом всех стадий развития пожара; б – без учёта стадии затухания

Огнестойкость высотных зданий

t, °С

0 50 100 150 τ, мин

Рисунок 6. Реальные температурные режимы:

температура при дымоудалении; температура при свободном развитии;

температура с дренчерными оросителями над проёмами; температура со всеми СППЗ;

наиболее критичный реальный температурный режим

1200

1000

S1 S1

800 t, °С

600 t, °С

400

200

S2 S2

0      2000     4000          6000        8000    10000   12000   14000                       0   2000    4000   6000        8000    10000   12000   14000
τ, мин                                                                             τ, мин
а                                                                                  б

Рисунок 7. Соотношение площадей фигур под реальными и стандартным температурным режимами:
S1 – стандартный температурный режим; S2 – реальный температурный режим;
а – пожарная нагрузка жилых помещений высотных зданий:
жилые помещения гостиниц;          I–II СО мебель + ткани;      III–IV СО мебель + ткани;
кабинет: мебель + бумага (0,75 + 0,25);        верхняя одежда: ворсовые ткани (шерсть + нейлон);
мебель: дерево + облицовка (0,9 + 0,1);        гардеробы;       подсобные и бытовые помещения;
I–II СО мебель + бытовые изделия;         III–IV СО мебель + бытовые изделия;
I СО мебель + ткани (0,75 + 0,25);      III СО мебель + ткани (0,75 + 0,25);       резинотехнические изделия;
вешала текстильных изделий;       мебель + бумага (0,8) + ковровое покрытие (0,2);        хранилища библиотек, архивы
б – пожарная нагрузка вспомогательных жилых помещений высотных зданий:
кабельный подвал / лоток: кабели АВВГ + АПВГ;     радиоматериалы: полиэтилен, полистирол, полипропилен, гетинакс;
электротехнические материалы: текстолит, карболит;       электрокабель АВВГ: ПВХ-оболочка + изоляция;
электрокабель АВВГ: ПВХ-оболочка + полиэтилен;        телефонный кабель ТВП: ПВХ + полиэтилен;
пищевая промышленность: пшеница, рис, гречка и мука из них;      кабели + провода: 0,75 (АВВГ, АПВГ, ТПВ) + 0,25 (КПРТ, ПР, ШРПС);
автомобиль: 0,3 (резина, бензин) + 0,15 (ППУ, искусственная кожа, ПВХ) + 0,1 (эмаль);
подсобные и бытовые помещения;         стоянка легковых автомобилей;
стоянка легковых автомобилей с 2-уровневым хранением;         спортзал

нагрузки по качественному составу наиболее близ-                                              чальном завышении фактических пределов огне-
кой к жилым и вспомогательным помещениям вы-                                                  стойкости основных несущих конструкций по ре-
сотных жилых зданий. Это также говорит об изна-                                               зультатам стандартных огневых испытаний.

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

ОЦЕНКА ОГНЕСТОЙКОСТИ

НА ПРИМЕРЕ КОЛОННЫ ПРИ РЕАЛЬНОМ

И СТАНДАРТНОМ РЕЖИМАХ ПОЖАРА

Д ля сравнения уровня прогрева (теплотехни- ческая задача) методом конечных элемен- тов [20] принималась колонна марки КРС-433-24, выполненная из тяжёлого бетона класса В30 на из- вестняковом щебне с арматурой 4∅40 класса А400

(рис. 8).

Рисунок 8. Поперечное сечение колонны
Теплофизические характеристики материалов конструкции [21]                 при четырёхстороннем обогреве
Начальное значение приведённой степени черноты – 0,545                  в программном комплексе Ansys 18.1

Теплопроводность λt = λ0 + aλtb = 1,14 – 0,00055t Вт/(м⋅°С) [22]

Теплоёмкость через 85 минут, тогда как при наиболее критичном ct = c0 + actb = 710 + 0,84t Дж/(кг⋅°С) [22] реальном температурном режиме потеря несущей

Влажность – 2 % способности не возникает на протяжении выгорания

Плотность бетона – 2 350 кг/м3 всей пожарной нагрузки (35,92 кг/м2) (рис. 9–12).

Плотность арматурной стали – 7 850 кг/м3 Данный численный эксперимент подтверждает то, что

Обогрев четырёхсторонний стандартный температурный режим имеет большие

Размеры конечных элементов – не более 1Ч1Ч1 см максимальные значения температур и испытанные по нему конструкции на огнестойкость изначально имеют значительный запас времени, чем множество

Воздействие реального режима пожара на реальных температурных режимов развития пожара.

конструкцию учитывается путём задания граничных условий третьего рода. Изменение коэффициента теплоотдачи и температуры воздуха задаётся фор- МЕТОДИКА И АЛГОРИТМ мулой [21]: ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ ПРЕДЕЛОВ

ОГНЕСТОЙКОСТИ ОСНОВНЫХ НЕСУЩИХ

КОНСТРУКЦИЙ

,

Методика определения требуемых пределов огнестойкости основных несущих конструкций, как где Т0 – температура обогреваемой поверхности кон- показывают перечисленные выше методы, сводится струкции, К; Тв – температура среды, К. к следующим операциям:

Проведённые расчёты позволяют сделать вы- 1. Анализ объёмно-планировочных и конст- вод о том, что при нормативной нагрузке на колонну руктивных решений здания, активных систем ППЗ сечением 400Ч400 мм 3 000 кН/м (Nн) при стандарт- (лифты для транспортирования пожарных подразделе- ном режиме потеря несущей способности наступает ний, ВПВ, ПДВ, АУПТ, АУПС) (рис. 13).

Рисунок 9. Поля изотерм максимальных температур              Рисунок 10. Поля изотерм в поперечном сечении
прогрева железобетонной колонны                   железобетонной колонны на момент времени обогрева
по реальному температурному режиму                       при стандартном режиме пожара (150 мин)

Огнестойкость высотных зданий

800 tст

700 Nр

600 3000 Nn

500

t, °С t, °С

400                                                                                                                                  Nст
300 tр
200                                                                             500                        tкр
100                                                                                   0     30      60       90     120    150      180
τ, мин
0        2000     4000     6000          8000   10000        12000
τ, мин                                         Рисунок 12. График зависимости несущей способности колонны
от времени пожара:
Рисунок 11. Соотношение температур арматуры колонны                    Nn – нормативная нагрузка на конструкцию; Nст – снижение несущей
при реальном и стандартном температурных режимах:                            способности при стандартном температурном режиме;
tр – температура арматуры при реальном пожаре, °С;                   Nр – снижение несущей способности при реальном температурном
tст – температура арматуры при стандартном пожаре, °С                          режиме; tкр – критическая температура прорыва, °С

2. Построение дерева событий возможных наи-                                     5. Определение прогрева несущих конструкций
более неблагоприятных сценариев развития пожара.                                при различных толщинах огнезащитного слоя (огне-
3. Определение вида, максимального количест-                              защита) – решение теплотехнической задачи [21, 22].
ва пожарной нагрузки и расположения её в плане.                                       6. Определение времени потери несущей спо-
4. Определение температурных режимов реаль-                               собности R – решение статической задачи [21, 22].
ных пожаров [8] и построение по их пиковым (макси-                                    7. Определение эквивалентной продолжитель-
мальные) значениям температур наиболее критичного                               ности пожара [1] (значение которой принимается
реального температурного режима, используя полевой                              за требуемый предел огнестойкости с учётом коэф-
метод моделирования пожара.                                                     фициента огнестойкости [10]).

ОГНЕСТОЙКОСТЬ

Рисунок 13. Алгоритм оптимального проектирования требуемых пределов огнестойкости основных несущих конструкций высотных жилых зданий:

τр.э – расчётное время эвакуации людей из здания; τр.сп – расчётное время спасения людей из здания;

τр.туш – расчётное время тушения пожара; τэкв – эквивалентная продолжительность пожара для n-го количества возможных наиболее неблагоприятных сценариев его развития; τб – максимальное время безопасности людей

(максимальное время из расчётного времени эвакуации людей, расчётного времени спасения людей или расчётного времени тушения пожарными подразделениями); tкр – критическая температура прогрева;

Kо – коэффициент огнестойкости; Птр – требуемый предел огнестойкости основных несущих конструкций

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

В результате исследования, отражённого в на-                     от комплекса различных факторов и двух основных
стоящей статье, автором были получены подтвержде-                       критериев безопасности людей и сохранения зда-
ния о завышении требуемых пределов огнестойкости                        ния как материальной ценности (огнесохранности) –
основных несущих конструкций высотных жилых зда-                        позволяет гибко подходить к назначению требуемых
ний в отечественных нормативных документах.                             пределов огнестойкости основных несущих конструк-
Разработанная автором настоящей статьи                           ций при проектировании высотных жилых зданий,
методика и алгоритм оптимального определения                            а также зданий и сооружений других классов функ-
требуемых пределов огнестойкости в зависимости                          циональной пожарной опасности.

ЛИТЕРАТУРА
1. Молчадский И. С. Пожар в помещении. М.: ВНИИПО МЧС             конструкций на основе моделирования пожара в помещении // По-
России, 2005. 456 с.                                                    жарная безопасность. 2015. № 1. С. 31–39.
2. Ройтман В. М., Серков Б. Б., Шевкуненко Ю. Г., Сивен-                 12. Ройтман В. М., Приступюк Д. Н. Особенности оценки
ков А. Б., Баринова Е. Л., Приступюк Д. Н. Здания, сооружения и их      стойкости зданий и сооружений из железобетонных конструкций
устойчивость при пожаре. Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России,          при комбинированных особых воздействиях с участием пожара //
2013. 365 с.                                                            Пожаровзрывобезопасность. 2010. Т. 19, № 7. С. 29–38.
3. Моделирование пожаров и взрывов. Монография / под общ.                13. Пузач С. В., Богатищев А. И., Зернов С. И., Карпов С. Ю.
ред. Н. Н. Брушлинского, А. Я. Корольченко. М.: Пожнаука, 2000. 482с.   Расчёт фактических пределов огнестойкости строительных кон-
4. Кирюханцев Е. Е., Иванов В. Н. Проблемы разработки и сог-      струкций с учётом реальных параметров пожара, действий систем
ласования специальных технических условий в области пожарной            пожаротушения, механической вентиляции и дымоудаления (мате-
безопасности [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безо-      матическая модель и методика). Монография. Саранск, Мордовское
пасности. 2016. № 5 (69). Режим доступа: http://academygps.ucoz.ru/     книжное издательство, 2004. 80 с.
ttb/2016-5/2016-5.html (дата обращения 19.01.2018).                            14. Соломонов В. В., Кузнецова И. С., Пирогов Ю. М., Соко-
5. Мешалкин Е. А., Шарапов С. А., Чугуевская Е. С. Анализ         лов М. С. Проблемы обеспечения пожарной безопасности при проек-
нормативных документов в области обеспечения пожарной безо-             тировании высотных зданий // Бюллетень строительной техники.
пасности // Отчёт о научно-исследовательской работе. М.: Цент-          2008. № 6 (886). С. 54–59.
ральный институт типового проектирования и градостроительства                  15. Соломонов В. В., Кузнецова И. С. Обеспечение огнестой-
им. Я. В. Косицкого, 2011. С. 168.                                      кости и огнесохранности при проектировании монолитных железо-
6. Кирюханцев Е. Е., Иванов В. Н. О повышении эффективно-         бетонных перекрытий высотных зданий // Пожарная безопасность
сти тушения пожаров в высотных зданиях [Электронный ресурс] //          в строительстве. 2011. № 1. С. 32–34.
Технологии техносферной безопасности. 2013. № 5 (51). Режим                    16. Демехин В. Н., Мосалков И. Л. , Плюснина Г. Ф., Серков Б. Б.,
доступа: http://academygps.ucoz.ru/ttb/2013-5/2013-5.html (дата об-     Фролов А. Ю., Шурин Е. Т. Здания, сооружения и их устойчивость
ращения 25.12.2017).                                                    при пожаре. Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 656 с.
7. Ройтман В. М., Фирсова Т. Ф. Необоснованное завы-                     17. Лагозин А. Ю., Шебеко А. Ю., Леончук П. А., Зубань А. В.,
шение требований норм и СТУ по пределам огнестойкости ряда              Шебеко Ю. Н., Трунёва В. А. Пособие по расчётному определению
конструкций высотных зданий // Пожары и чрезвычайные си-                требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций зда-
туации: предотвращение, ликвидация». 2017. № 2. С. 59–62.               ний производственных объектов (первая редакция) // Отчёт о научно-
DOI: 10.25257/FE.2017.2.59-62                                           исследовательской работе. М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2016. 41 с.
8. Проектирование и обоснование противопожарной защи-                    18. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов по-
ты уникальных объектов. Сборник научных статей Центрального             жара в помещении. Учебное пособие. М.: Академия ГПС МВД России,
научно-исследовательского института строительных конструкций            2000. 118 с.
им. В. А. Кучеренко. М., Тисо Принт, 2009. 190 с.                              19. Есин В. М., Калмыков С. П. Сравнение методик расчета
9. Кирюханцев Е. Е., Иванов В. Н. Проблемы пожарной безо-         требуемых параметров вентиляционных систем противодымной за-
пасности высотных зданий и пути их решения [Электронный ре-             щиты многоэтажных зданий // Пожаровзрывобезопасность. 2014.
сурс] // Технологии техносферной безопасности. 2013. № 4 (50).          Т. 23, № 6. С. 47–52.
Режим доступа: http://academygps.ucoz.ru/ttb/2013-4/2013-4.html                20. Патанкар С. В. Численные методы решения задач тепло-
(дата обращения 19.01.2018).                                            обмена и динамики жидкости // пер. с англ. под ред. В. Д. Виленского.
10. Гилетич А. Н., Шебеко А. Ю., Шебеко Ю. Н., Гордиенко Д. М.    М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций вы-                   21. Яковлев А. И. Расчёт огнестойкости строительных кон-
сотных зданий // Пожарная безопасность. 2012. № 4. С. 31–39.            струкций. М.: Стройиздат, 1988. 143 с.
11. Шебеко Ю. Н., Шебеко А. Ю., Гордиенко Д. М. Расчётная                22. Бубнов В. М., Карпов А. С. Огнестойкость железобетонных кон-
оценка эквивалентной продолжительности пожара для строительных          струкций. Учебное пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. 76 с.

Материал поступил в редакцию 20 февраля 2018 года.

Огнестойкость высотных зданий

Vladimir IVANOV

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

E-mail: v.n.ivanov-pbs@yandex.ru

COMPLEX APPROACH TO DETERMINIG REQUIRED FIRE-RESISTANCE

OF HIGH-RISE RESIDENTIAL BUILDINGS

ABSTRACT
Purpose. The article considers the problem of                                 Findings. The method and algorithm of optimum
determination and evaluation of fire-resistance required                       determination of required fire-resistance limits on the
limits of main supporting structures in high-rise residential                  base of the set of different factors and two main criteria –
buildings. The purpose and tasks of the research are to                        safety of people and preservations of the building as
develop the method and algorithm of optimum evaluation                         material value - were developed for the first time.
and determination of required fire-resistance limits of                               Research application field. The results make it
supporting structures in high-rise residential buildings                       possible to approach to assigning the required fire-
on the basis of complex fire risks evaluation. The object                      resistance limits of the main supporting structures
of the research is fire-resistance of high-rise residential                    at designing high-rise residential buildings flexibly.
buildings. The subject of the research is required                                    Conclusions. The method and algorithm of
fire-resistance limits of supporting structures in high-rise                   determining the required fire-resistance limits by means
residential buildings.                                                         of the complex approach to assessing of fire risks in high-
Methods. The research was carried out by means of:                     rise residential buildings are developed. Early research
– the analysis of home and foreign standards                           on overvaluation of the required fire-resistance limits
in the area of standardization of required fire-resistance                     of the main supporting structures in high-rise residential
limits, the analysis of the occurred fires and tests on the                    buildings in home regulatory documents are confirmed.
standard thermal fire regime;
– the mathematical CFD-simulation (Computational
Fluid Dynamics modeling) on determining real thermal
regimes of fire development and coping with the                                        Key words: high-rise residential buildings, fire-
thermotechnical task by the example of the column with                         resistance, thermal regime, required fire-resistance
the help of the finite elements method in Ansys.                               limits, equivalent duration of the fire.

REFERENCES
1. Molchadsky I.S. Pozhar v pomeshchenii [Indoor fire]. Moscow,               8. Proektirovanie i obosnovanie protivopozharnoi zashchity
All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia        unikal'nykh ob"ektov. Sbornik nauchnykh statei Tsentral'nogo nauchno-
Publ., 2005. 456 p.                                                            issledovatel'skogo instituta stroitel'nykh konstruktsii im. V. A. Kucherenko
2. Roitman V.M., Serkov B.B., Shevkunenko Yu.G., Sivenkov A.B.,         [Designing and justification of fire protection of unique objects.
Barinova E.L., Pristupiuk D.N. Zdaniia, sooruzheniia i ikh ustoichivost' pri   Collection of scientific articles of the V.A. Kucherenko Central Scientific
pozhare [Buildings, facilities and their stability at fire]. Moscow, State     Research Institute for Building Structures Moscow, Tiso Print Publ.,
Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2013. 365 p.                          2009. 190 p.
3. Modelirovanie pozharov i vzryvov [Fires and explosions                     9. Kirukhancev E.E., Ivanov V.N. The problems of high-rise
simulation. Ed. by N.N. Brushlinsky, A.Ia. Korolchenko]. Moscow,               buildings fire safety and the ways of their solving. Tekhnologii
Pozhnauka Publ., 2000. 482 p.                                                  tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2013, no. 4 (50), available
4. Kirukhancev E.E., Ivanov V.N. Problems of development and            at: http://academygps.ucoz.ru/ttb/2013-4/2013-4.html (accessed
approval of special technical requirements for fire safety. Tekhnologii        January 19, 2018). (in Russ.).
tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2016, no. 5, available at:             10. Giletich A.N., Shebeko A.Yu., Shebeko Yu.N., Gordienko D.M.
http://academygps.ucoz.ru/ttb/2016-5/2016-5.html (accessed January 19,         The required fire resistance limits for the high-rise buildings structures.
2018). (in Russ.).                                                             Pozharnaia bezopasnost', 2012, no. 4, pp. 31–39. (in Russ.).
5. Meshalkin E.A., Sharapov S.A., Chuguevskaia E.S. Analiz                    11. Shebeko Y.N., Shebeko A.Y., Gordienko D.M. Assessment
normativnykh dokumentov v oblasti obespecheniia pozharnoi                      of equivalent fire duration for building structures based on compartment
bezopasnosti. Otchet o nauchno-issledovatel'skoi rabote [Analysis of           fire modeling. Pozharnaia bezopasnost', 2015, no. 1, pp. 31–39. (in Russ.).
normative documents in the field of fire safety provision. Research                  12. Roytman V.M., Pristupyuk D.N. Features of the estimation
report]. Moscow, Y.V. Kositsky Central Design Company for Standard             of buildings and constructions resistance from reinforced concrete
Design and Urban Development Publ., 2011, pp. 168.                             designs at the combined hazardous effects with fire participation.
6. Kirukhancev E.E., Ivanov V.N. On improving the efficiency            Pozharovzryvobezopasnost, 2010, vol. 19, no. 7, pp. 29–38. (in Russ.).
extinguishing fires in high-rise buildings. Tekhnologii tekhnosfernoi                13. Puzach S.V., Bogatishchev A.I., Zernov S. I., Karpov S.Yu.
bezopasnosti: internet-zhurnal, 2013, no. 5 (51), available at: http://        Raschet fakticheskikh predelov ognestoikosti stroitel'nykh konstruktsii
academygps.ucoz.ru/ttb/2013-5/2013-5.html (accessed December 25,               s uchetom real'nykh parametrov pozhara, deistvii sistem pozharotusheniia,
2017). (in Russ.).                                                             mekhanicheskoi ventiliatsii i dymoudaleniia (matematicheskaia model'
7. Roytman V.M., Firsova T.F. Unjustified overstatement of              i metodika) [Calculation of actual limits of fire-resistant property
regulations and special technical regulations for fire resistance of a         of building constructions in view of real parameters of the fire, actions
number of constructions of high-rise buildings. Pozhary i chrezvychainye       of fire-extinguishing systems, mechanical ventilation and smoke
situatsii: predotvrashchenie i likvidatsiia, 2017, no. 2, pp. 59–62.           removal (mathematical model and technique)]. Saransk, Mordovskoe
DOI: 10.25257/FE.2017.2.59-62 (in Russ.).                                      knizhnoe izdatel'stvo Publ., 2004. 80 p.

1-18   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

14. Solomonov V.V., Kuznetsova I.S., Pirogov Yu.M., Sokolov M.S.              18. Koshmarov Yu.A. Prognozirovanie opasnykh faktorov pozhara
Problems of ensuring the fire safety at designing of high-rise buildings.     v pomeshchenii [Forecasting of indoor fire hazards]. Moscow, Academy
Biulleten' stroitel'noi tekhniki, 2008, no. 6 (886), pp. 54–59. (in Russ.).   of the State Fire Service of the Ministry of Internal Affairs of Russia
15. Solomonov V.V., Kuznetsova I.S. Supplying of fire-resistant        Publ., 2000. 118 p.
property and fireintegrity at designing of monolithic reinforced                     19. Esin V.M., Kalmykov S.P. Comparison of method of calculation
concrete overlaps of high-rise buildings. Pozharnaia bezopasnost' v           of demanded parameters of ventilating systems of smoke control of
stroitel'stve, 2011, no. 1, pp. 32–34. (in Russ.).                            multistoried buildings. Pozharovzryvobezopasnost, 2014, vol. 23, no. 6,
16. Demekhin V.N., Mosalkov I.L. , Pliusnina G.F., Serkov B.B.,        pp. 47–52. (in Russ.).
Frolov A.Yu., Shurin E.T. Zdaniia, sooruzheniia i ikh ustoichivost' pri              20. Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. New
pozhare [Buildings, facilities and their stability at fire]. Moscow, State    York, 1980. 198 p. [Russ. ed.: Patankar S.V. Chislennye metody resheniia
Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2003. 656 p.                         zadach teploobmena i dinamiki zhidkosti. Trans. and ed. by V.D. Vilenskii.
17. Lagozin A.Yu., Shebeko A.Yu., Leonchuk P.A., Zuban A.V.,           Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984. 152 p.].
Shebeko Yu.N., Truneva V.A. Posobie po raschetnomu opredeleniiu                      21. Yakovlev A.I. Raschet ognestoikosti stroitel'nykh konstruktsii
trebuemykh predelov ognestoikosti stroitel'nykh konstruktsii zdanii           [Fire resistance test of building construction]. Moscow, Stroiizdat Publ.,
proizvodstvennykh ob"ektov (pervaia redaktsiia). Otchet o nauchno-            1988. 143 p.
issledovatel'skoi rabote [Manual for the calculation of the required                 22. Bubnov V.M., Karpov A.S. Ognestoikost' zhelezobetonnykh
limits of fire resistance of building structures of industrial buildings      konstruktsii [Fire resistance test of reinforced concrete structures].
(first edition). Research report]. Moscow, All-Russian Research Institute     Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2009. 76 p.
for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2016. 41 p. (in Russ.).