автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Противопожарная защита многофункциональных зданий в условиях горной местности и сложного рельефа

На правах рукописи

ХАРЧЕНКО СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ

ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ И СЛОЖНОГО РЕЛЬЕФА

Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (технические науки, отрасль - «Строительство»)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о ЯНВ 2011

004619543

На правах рукописи

ХАРЧЕНКО СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ

ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ И СЛОЖНОГО РЕЛЬЕФА

. Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (технические науки, отрасль - «Строительство»)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (ФГУ ВНИИПО МЧС России).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Присадков Владимир Иванович. Официальные оппоненты:

доктор технических паук, профессор Горшков Владимир Иванович доктор технических наук, с.н.с. Демёхин Феликс Владимирович

Ведущая организация: ОАО ЦНИИПромздакий

Защита состоится «.20» о!. 2010 года в « 10 » часов на заседании диссертационного совета ДС 205.003.01 при ФГУ ВНИИПО МЧС России по адресу: 143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12, зал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИПО МЧС России.

Автореферат разослан «// 2010 г. Исх. №

Телефон для справок: (495) 521-29-00.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, с.н.с.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В настоящее время в России общественные здания часто строятся как многофункциональные здания, включающие помещения различных классов функциональной пожарной опасности. Вместе с тем, в нормативных документах недостаточно разработаны противопожарные требования к таким здания:«!, что не позволяет установить в них адекватную систему противопожарной защиты, а также проводить единую техническую политику в области противопожарной защиты аналогичных зданий. Необходима разработка научно обоснованных требований для многофункциональных зданий.

В Федеральном законе от 22.06.2008 г. № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» установлены требования по необходимому уровню пожарной безопасности людей при пожарах. В связи с'чем был разработан ряд сводов правил,- позволяющих варьировать противопожарные мероприятия с целью обеспечения заданного уровня пожарной безопасности для людей в зданиях. При этом эти нормы не определяют методику, алгоритм, позволяющие найти вариант, лучший в том или ином смысле относительно других вариантов защиты.

В Федеральном законе № 123-Ф3 регламентирована норма риска от пожара для населения. В то же время при решении конкретных задач пожарной безопасности требуется учитывать и другие виды пожарных рисков.

Для решения практических задач необходимо идентифицировать основные пожарные риски и установить их предельные значения. Собственник объекта должен знать величину риска, уровень защищенности своего объекта, что необходимо также и при разработке деклараций пожарной безопасности.

Для этого необходимо разработать систему критериев пожарной безопасности многофункциональных зданий, используемых для их многофакторной оценки пожарной безопасности.

Одновременно, строительство многофункциональных зданий в условиях горной местности и сложного рельефа имеет ряд специфических особенностей, связанных с объемно-планировочными и конструктивными решениями, использованием оперативных подразделений при тушении пожаров.

В настоящее время возрастает значение экономических рычагов, в том числе за счет страхования рисков, для управления уровнями пожарной безопасности многофункциональных зданий.

Вышесказанное определяет актуальность темы исследования в области мониторинга (обеспечения) пожарной безопасности многофункциональных зданий.

Целью диссертационной работы является создание методов оценки пожарной опасности многофункциональных общественных зданий с учетом специфики их строительства в условиях горной местности и сложного рельефа и на их основе разработка инженерных методов обоснования и выбора проектных решений по системам пожарной безопасности многофункциональных зданий в

рамках вариантного проектирования и расчетных методов обоснования рациональных вариантов их противопожарной защиты.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

• разработка системы показателей пожарной опасности многофункциональных зданий;

• исследование причин повышенной пожарной опасности многофункциональных общественных зданий;

• разработка системы критериев обеспечения безопасности многофункциональных зданий;

• разработка методики выбора рациональных вариантов противопожарной защиты многофункциональных зданий с учетом специфики горной местности и сложного рельефа;

• разработка и обоснование предложений по использованию противопожарных и противодымных штор в строительстве;

• разработка инженерных методов расчета экономически целесообразных объемно-планировочных и конструктивных решений в части использования противопожарных преград (стены, перегородки, шторы) и систем автоматического пожаротушения;

• обоснование выбора пределов огнестойкости несущих конструкций зданий на основе реальных расчетных пожаров;

• разработка предложений в противопожарные нормы для многофункциональных зданий.

Объектом исследования является пожарная защита многофункциональных зданий с учетом специфики их строительства в условиях предгорий.

Методы исследования основаны на использовании методов математического и физического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложены системы показателей пожарной опасности и критериев безопасности многофункциональных зданий;

• предложены методы установления допустимых значений пожарных рисков для материальных потерь, вероятности распространения горения на смежные здания;

• разработана и апробирована методология научно-обоснованного выбора рациональных вариантов защиты общественных зданий;

• разработана »методология научного обоснования областей применения противопожарных и противодымных штор в строительстве;

• разработаны предложения в противопожарные нормы по многофункциональным зданиям.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в следующем:

• создан инструментарий для расчетного обоснования и выбора систем пожарной безопасности многофункциональных зданий, исходя из критериев

безопасности населения при пожарах, сохранения имущества, уменьшения рисков для третьих лиц, что в результате позволяет использовать гибкое нормирование на основе расчетов пожарных рисков;

• результаты диссертации использованы:

- при разработке проекта Свода правил: «Подземные автостоянки в многофункциональных общественных зданиях»;

- при экспертизе и разработке рациональных систем противопожарной защиты ряда объектов общественного назначения: здания аэровокзального комплекса аэропорта г. Сочи, здания отель- апартамента в г. Сочи, высотного многофункционального здания Центра внешкольной работы в г. Сочи и проектных материалов по системам пожарной безопасности ряда объектов в Краснодарском крае;

- в предложениях по доработке ряда Сводов правил по направлениям (видам зданий и сооружений).

На защиту выносятся следующие положения:

• комплекс показателей пожарной опасности и критериев пожарной безопасности многофункциональных зданий;

• метод оценки показателей пожарной опасности и критериев пожарной безопасности многофункциональных зданий;

• методология вариантного многокритериального проектирования систем противопожарной защиты многофункциональных зданий с учетом ограни-. чений строительства и доступа оперативных подразделений пожарной охраны к помещениям зданий в условиях горной местности;

• методика выбора и обоснования использования противопожарных и противодымных штор.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих международных конференциях и семинарах:

Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. V Международная научно-практическая конференция. Р. Беларусь. Минск. 2009 г.

IV Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность». Иваново. 2008.

XXI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности». Москва. 2009.

XXII Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности». Москва. 2010.

V Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность». Иваново. 2010.

Публикации. По результатам диссертации опубликованы 15 печатных работ и докладов на конференциях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и одного приложения. Основные положения диссертации изложены на 215 страницах машинописного текста, содержат 12 таблиц, 127 рисунков. Приложение занимает 12 страниц.

Данная работа учитывает и углубляет по соответствующим направлениям результаты исследований многих ученых, в том числе Н.П. Копылова, И.А. Бо-лодьяна, В.И. Присадкова, И.Р. Хасанова, Morgan Н.Р., Chow W.K. и других исследователей, которым автор выражает искреннюю признательность.

Основное содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и одного приложения.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы и ставятся задачи исследования, излагаются основные положения работы, выносимые на защиту, приводятся сведения, характеризующие практическую значимость результатов исследований, их апробацию и публикацию в научно-технической литературе.

В первой главе «Проблемы обеспечения пожарной защиты многофункциональных зданий» рассматриваются проблемы анализа и выбора противопожарной защиты многофункциональных зданий, их специфика при строительстве в предгорьях.

Специфика строительства в предгорьях включает природно-климатические и социальные факторы, в том числе:

• большое количество дней в году характеризуются сильными ветрами и высокими осадками;

• часто объекты строительства расположены на склонах, препятствующих подъезду и установке привозных средств спасения по фасадам зданий;

• высокая стоимость земельных участков приводит зачастую только к выполнению требуемых противопожарных расстояний между объектами, но не позволяет установить необходимое количество площадок для установки привозных средств спасения;

• повышенная этажность зданий может приводить к тому, что значительное количество верхних этажей зданий находится за пределами обслуживания привозными средствами спасения, особенно у нижней части склонов;

• сейсмичность региона строительства приводит к определенным ограничениям в возможности использования объемно-планировочных и конструктивных решений, связанных с путями эвакуации;

• высокая социальная значимость объектов строительства с учетом проведения зимней Олимпиады 2014.

Например, в условиях предгорий при ограниченности территории, пригодной под строительство, и высокой стоимости земли застройщики идут на увеличение в одном здании количества различных функций.- Это приводит к увеличению количества эвакуационных лестничных клеток, что не.только экономически не оправдано, но и зачастую трудновыполнимо.

На основе обобщения результатов практических и аналитических исследований в диссертации рассматривались многофункциональные общественные здания (МОЗ) с особенностями, указанными в табл. 1.

Таблица 1

Рассматриваемые в диссертации многофункциональные здания

№№ п/п Назначение помещений здания Наличие автостоянки Доступность помещений для привозных средств спасения

1 Жилые Есть Недоступны

2 Жилые Нет Недоступны

3 Гостиничные Есть Недоступны

4 Гостиничные Нет Недоступны

5 Офисные Есть Недоступны

6 Офисные Нет Недоступны

7 Культурно-зрелищные Есть Недоступны

8 Культурно-зрелищные Нет Недоступны

Установлены актуальные вопросы нормирования противопожарной защиты МОЗ с учетом специфики предгорий.

Сформулированы факторы повышенной пожарной опасности многофункциональных общественных зданий, в том числе:

• эвакуация в МОЗ сопровождается слиянием людских потоков из различных по пожарной опасности помещений;

• в зданиях имеются помещения с ночным пребыванием людей;

• в зданиях весьма часто присутствуют многосветные пространства (атриумы, открытые лестницы, эскалаторы и т.д.), что повышает скорости распространения опасных факторов пожара (ОФП) по зданию и т.д.

В работе предложена система показателей пожарного риска МОЗ (табл.

2).

Таблица 2

Показатели пожарной опасности многофункциональных зданий

№№ п/п Обозначения Краткая характеристика показателей пожарного риска, размерность

1 Оп Частота возникновения пожара в здании в течение года, год-'.

2 йв Риск воздействия опасных факторов пожара в год на одного человека в многофункциональных зданиях, 1/-Г0Д.

3 Рг Риск для человека погибнуть при пожаре в течение года, 1 /год.

4 Динамика площзди горения (/) при пожаре в многофункциональном здании общей площадью

5 Вер(5„(г)>50) Вероятность события, что при пожаре площадь горения (?) превысит

6 и Среднее значение материальных потерь при пожаре, руб.

Продолжение табл. 2

№№ п/п Обозначения Краткая характеристика показателей пожарного риска, размерность

7 s„ Среднее значение площади пожара в здании, мг.

8 Рр Вероятность распространения пожара за пределы пожарного отсека: Рр=1-Рс, где Рс- надежность стены (перегородки).

9 Qn-ü Риск материальных потерь от пожара в здании в течение года, руб.-год-'.

10 On-Ü + E3 Пожарный риск приведенных затрат, руб/год, где 3 -затраты на систему противопожарной защиты объекта, руб. и Е-коэффициент эффективности капиталовложений, 1/год.

11 P„-Sz-0 в+с Пожарный риск относительных потерь при пожаре в здании, где В - стоимость здания, руб., и С - стоимость материальных ценностей в здании, Рл - вероятность пожара на м-2 площади здания, (м2тод)-', Оп= Рп-Зх-

12 Orn{UxPc+{Ux+U2)i\-Pc) + . +Qn{ui+u1){\-pc)+u1pc) Пожарный риск материальных потерь в здании с двумя отсеками. Индексы: 1 - первый, 2 - второй отсеки (секции).

Рассматривая многофункциональные здания как совокупность помещений различных групп функциональной пожарной опасности, найдем для случайного возникновения пожара в одном из помещений вероятность пожара в здании, 1/год,

где Рт - вероятность возникновения пожара на 1 м2 площади помещений, í-ой группы функциональной пожарной опасности (/=1,... N), 1/м2-год, общей площадью S¡, м2. При этом расчетные потери составляют, руб/год,

Ü^P^-SrO,, (2)

/-i

где U,- среднее значение материальных потерь от пожаров в помещениях г'-ой группы функциональной пожарной опасности.

В настоящее время законы и нормативные документы представляют владельцам общественных зданий достаточно широкое поле для выбора конкретных противопожарных мероприятий на объектах. В то же время выгода от экономии на противопожарной защите не должна оказаться сиюминутной.

Баланс между необходимостью затрат на систему противопожарной защиты (СПЗ) и желанием сократить затраты на защиту должен быть установлен при выполнении требований поддержания безопасности по ряду показателей на нормативном уровне, путем выбора рациональных вариантов защиты.

Целью настоящего исследования является разработка методики выбора рациональных вариантов систем противопожарной защиты обществешшх зданий, позволяющей учесть специфику строительства объектов в предгорьях, а с другой стороны, предложить и обосновать новые способы, инженерные и объемно-планировочные решения по противопожарной защите зданий и сооружений.

На рис. 1 приведена структура диссертационного исследования.

Во второй главе «Основные положения методики выбора рациональных вариантов противопожарной защиты многофункциональных зданий в условиях предгорий» изложены основные положения методики выбора рациональных вариантов противопожарной защиты многофункциональных общественных зданий в условиях предгорий.

В работе предложено устанавливать рациональный уровень пожарной безопасности многофункциональных общественных зданий по четырем направлениям:

1. по уровню индивидуального пожарного риска для людей при пожаре;

2. по уровню относительных материальных потерь при пожаре;

3. минимизации приведенных затрат на противопожарную защиту;

4. по риску распространения пожара на смежные здания.

В настоящее время в МОЗ нормируется только уровень индивидуального риска Оа для людей при пожаре.

<2В<0" =10"6(год-чел)"', что записывается в виде критерия индивидуального риска:

(3)

В работе предложены еще три критерия: К2, Кз, К4:

критерий допустимых материальных потерь:

Кг=К?-К!;>0, (4)

где К350 - допустимый уровень относительных материальных потерь при пожаре, К£ - расчетный уровень потерь на объекте,

критерий приведенных затрат:

К3=0п-и + ЕЗ,руб/гол. (5)

Qn - вероятность пожара на объекте, Угод; (У - расчетные потери при пожаре, руб; Е - коэффициент эффективности капиталовложений, Угод; 3 - затраты на систему пожарной безопасности, руб,

критерий распространения пожара на смежные здания:

(б)

где Рр поп. - допустимая вероятность распространения пожара на смежное здание, Ррр - расчетная вероятность распространения пожара между зданиями.

В диссертации предложены способы установления допустимых потерь при пожаре К5^ и вероятности распространения пожара на смежные здания

Ррдоп.

Рис. 1. Структура диссертационного исследования

При выборе рациональных вариантов защиты необходимо обеспечить значения критериев

Х,>0, К2>0, £4>0 (7)

и минимальное (приемлемое) значение критерия :

min = mm(ß„ (3)0 {3) + ЕЗ). (8)

В диссертации рассмотрены условия выполнения критериев. Например, обеспечение необходимых значений критерия > 0 выполняется за счет выбора объемно-планировочных, инженерных решений (автоматическое пожаротушение, системы противодымной защиты, системы оповещения и управления эвакуацией), также с помощью организационно-технических мероприятий.

Предложено нормировать для объектов время принятия решений о начале эвакуации tnP, учитывающее характеристики элементов СПЗ объекта. Системный подход позволяет выбрать наилучшее сочетание элементов противопожарной защиты, что контролируется по критерию приведенных затрат.

На рис. 2 приведен алгоритм выбора рациональных вариантов защиты объектов. Обозначения на рис. 2 соответствуют принятым в методике оценки индивидуального пожарного риска.

В диссертации также разработан инженерный метод расчета рациональных вариантов СПЗ, учитывающий возможность использования на объекте противопожарных стен, перегородок, штор, автоматического пожаротушения на основе критериев Кг и К].

Сложность выбора заключается в определении прогнозных оценок потерь при пожарах U. Для определения U в работе предложено использовать аналитический подход и имитационное моделирование.

Имитационная модель учитывает следующие факторы:

• вероятность возникновения пожара в помещении;

• вероятность выполнения задачи АУПТ в помещении;

• вероятность распространения пожара через ограждения помещений в смежные помещения;

• величину материальных потерь при пожаре в помещении.

На рис. 3 и 4 приведены результаты оценок относительных потерь

М = —, где В и С - стоимости материальных потерь при пожаре по зданию

В+С

и материальным ценностям в здании. В этом случае, руб/год:

«3=2n0-Ä,n)-W.(fl + C) + (3, + 3,)£ + 3 (9)

где 3i - дополнительные затраты на устройство противопожарных преград, руб.; За - затраты на устройство автоматической установки пожаротушения в здании, руб.; Э - эксплуатационные затраты в год на АУПТ, руб./год. Здесь К-лп = f\{3A) >РС{3,) - известные функции.

Рис. 2. Алгоритм расчетного обоснования рационального варианта защиты объекта

х! ! 1 !

\ ^ 1 I !

0.1 ^ \\

'ГП .V

ч ч Ч \ Ч

'Е0 \ \ \К

'И-1 1'. ч N ¡V \

•т N..

1 1 I

0 8 07 01 0.1 1 Н должность граграа.

Рис. 3. Относительные потери при пожарах М для различных объемно-яланпровочных решений зданий (аналитические модели).

\

\

ЯЁ.

Е

Ш

Ш

I

Налвжмостьпрвгрм. р,

Рис. 4. Относительные потери при пожарах ^/(имитационное моделирование).

В общем случае решаемой задачи величина материальных потерь при пожарах и рациональный вариант СПЗ определяется

путем перебора счетного числа вариантов.

Во второй главе предложена типовая система дополнительных мероприятий по противопожарной защите, компенсирующих отступления от требований норм на объекте.

В третьей главе «Области применения противопожарных штор в строительстве» рассматриваются вопросы научно-прикладного обоснования использования противопожарных и противодымных щтор в пожарном деле.

Противопожарные шторы все шире начинают применяться в строительстве как эффективное средство ограничения распространения опасных факторов пожара в помещениях зданий. В этих условиях выяснялась практическая необходимость использования противопожарных и противодымных штор в строительстве, подтверждения их характеристик и определение их возможных областей использования.

Шторы относятся к новой технике в области пожарной безопасности. Области их применения, в первую очередь, вытекают из замены ими традиционных конструктивных решений в установленных нормами случаях, таких, например, как противопожарные перегородки со светопрозрачными вставками, компенсации отсутствия противопожарных расстояний.

В работе предложены два критерия для определения рациональных областей применения противопожарных штор.

На основе критерия приведенных затрат применение штор целесообразно, если выполняется условие

ЕЗС +Рт-81{игРс+{и1+и2)(1~Рс)) + Рпг • 52 х х((£/, + и2) • (I ■- Рс) + и2Рс)) >ЕЗШ + РР1 ■ х х(и{ ■рш+{их + иг){[- Рш))+Рпг ■ Зг х (10)

х((и1 + иг)-{1-Рш) + игРш) + Э.

Здесь Зс и Зщ - затраты на устройство стен и штор соответственно, руб.; Рп\ и Рт - вероятности пожара в 1-м и 2-ом отсеках (м2тод)площадью 51 и 52 (м2) соответственно; их и [Л - материальные потери при пожаре в 1-м и 2-м отсеках, руб.; Рс и Рш ~ надежности противопожарных стен и штор соответственно, Э — эксплуатационные затраты при эксплуатации штор, руб./год., Е - коэффициент эффективности капиталовложений, Угод.

Выбор варианта со шторами также может быть обоснован на основе учета «эстетической» ценности принимаемого решения:

иэ>Е{За1-Зс) + Рп-5{Рс-Рш) +Э. (11)

При этом величина иэ - допустимая «стоимость» штор определяется для условий конкретного объекта экспертно, с правом решающего голоса заказчика строительства. Согласно данным ВНИИПО надежность срабатывания штор Рш =0,999.

На (рис. 5, 6, 7) указаны примеры использования штор.

Рис. 5. Создание пожарных отсеков при Рис.6. Создание пожарных секций

недостаточном пределе огнестойкости путем разделения помещения больших

существующего заполнения проема размеров шторами проема в большом здании

Возможности использования на объектах штор должны быть подтверждены результатами огневых испытаний.

На рис. 8 приведены результаты испытаний противопожарной шторы «System Fiberschieid» в комплекте с оросителями типа RD 25 фирмы «Total Walter GmbH», Германия размером 1,3x2,0 м.

Установлено, что при одностороннем орошении (со стороны необогре-ваемой поверхности) с расходом 0,12 л/с на погонный метр предел огнестойкости штор составляет Е 120.

В четвертой главе «Апробация . ; методики разработки рациональных реше-ний по противопожарной защите многофункциональных зданий» рассматриваются вопросы применения разработанной методики для выбора рациональных вариантов противопожарной защиты многофункциональных зданий.

В диссертации рассматриваются вопросы выбора рациональных вариантов защиты достраиваемого аэровокзального комплекса аэропорта г. Сочи (рис. 9), здания отель-апартамента в Центральном районе г. Сочи, проекта Центра внешкольной работы с жилым комплексом.

Аэровокзальный комплекс (АВК) включает двухэтажную часть здания с максимальными размерами в плане 441,2 х 81,4 м, высотой 30,5 м.

В объем второго этажа на отм. 5.940 встроена антресоль

Рис.7. Зашита зданий и сооружений с эскалаторами

Рис. 8. Штора автоматическая дымоогнезащитная 5уз1етр1ЬегзЫе1с1» образец № 3. Результаты измерения теплового потока на расстоянии 0,5 м и 1,0 м от конструкции

ШЩЩй

(3-ий этаж) площадью 1958 м .

Высотная часть здания включает 4-7 этажи, из которых на 4-м и 7-м этажах расположены технические и вспомогательные помещения. На 5 и б этажах на отм. 18.600 и 23.610 предусмотрены офисные

помещения площадью до 640 м2.

Рис. 9. Общий вид комплекса со стороны города

На основе рассмотрения проектных материалов была разработана система дополнительных противопожарных мероприятий по объекту (см. табл. 3). Обоснование предложенных мероприятий было проведено на основании результатов расчетов, проведенных во ВНИИПО МЧС России.

Таблица 3

Компенсирующие мероприятия по аэровокзальному комплексу

№ п/п Отступления от норм Дополнительные мероприятия

1. Ограничение доступа с привозных средств спасения во все помещения 4-7 этажей здания 1. Устройство четырех эвакуационных выходов с этажей. 2. Оснащение сотрудников на 4-7 этажах самоспасателями.

2 Отсутствие лестниц типа Н1 в здании Устройство в здании 4-х лестничных клеток типа Н2.

3 Заужение ширины лестничных клеток в высотной части здания до 1,0 м при норме 1,2 м. 1. Устройство 4-х лестничных клеток в высотной части при норме две. 2. Расчетное подтверждение достаточности ширины лестничных маршей 1,0 м в четырех лестничных клетках типа Н2.

4 Отсутствие огнезащиты несущих металлических конструкций над автомобильной эстакадой аэровокзала Расчетное обоснование системы адекватных противопожарных мероприятий: • запрет на длительную стоянку автобусов на эстакаде; • устройство дополнительных противопожарных кранов; • визуальный и приборный контроль за возникновением пожара.

Исходя из предварительного анализа объемно-планировочных решений зданий и специфики помещений, как наиболее опасные, рассмотрены следующие сценарии пожара.

1. Очаг пожара мощностью до 4,0 МВт возникает в гардеробе офисной

зоны.

2. Очаг пожара мощностью до 12,0 МВт расположен в секторе операционного зала вылетающих пассажиров (2-й этаж).

3. Очаг пожара возникает на 1-м этаже в операционном зале прилета и достигает мощности до 10 МВт.

4. Очаг пожара возникает в магистральной галерее промежуточного этажа мощностью до 0,6 МВт.

5. Очаг пожара возникает на эстакаде входной зоны комплекса при разгерметизации топливного бака легкового автомобиля мощностью до 5 МВт.

6. Очаг пожара возникает на эстакаде входной зоны комплекса при разгерметизации топливного бака автобуса мощностью до 15 МВт.

На рис. 10 представлены данные по температурному режиму и динамике оптической плотности дыма при пожаре на 2-ом этаже в операционном зале (Сценарий №2). Сценарий пожара отличается от 1-го сценария втрое большой максимальной мощностью пожара и возможностью распространения продуктов горения по вертикали через проемы в перекрытии для эскалатора на 3-й этаж.

Рис. 10. Дннамнка температуры (1+5) и оптической плотности дыма (б-гЮ) при пожаре на 2-ом этаже в задымленной зона: 1,6- на 2-м этаже; 2, 7 - на 3-м этаже па высоте роста человека: 3,8- на 2-ом этаже; 4, 9 - на 3-ем этаже; 5,10- при наличии штор (2-й этаж)

На рис. 10 пунктирными линиями представлены данные по задымлению 2-го этажа при наличии штор, изолирующих 3-й этаж от этажа пожара, что приводит к уменьшению времени блокирования 2-го этажа на 20 с.

На рис. 11 представлены данные по высоте незадымленной зоны и ди-налшке оптической плотности дыма при пожаре на 1-м этаже с задымлением 2-го и Зтго этажа через проемы в перекрытии для эскалаторов (Сценарий №3).

Высоты даны относительно пола соответствующего помещения. Время блокирования 1-го этажа уменьшается при использовании штор на 60 с.

На рис. 12 представлены данные по эвакуации людей с 1-го, промежуточного и 2-го этажей.

Анализ показывает, что ширина основных эвакуационных путей в пределах залов и галерей обеспечивает свободное перемещение людей к эвакуационным выходам. При этом относительная плотность людского потока в самых напряженных участках, как правило, не превосходит значения ОД 5.

Через 5-^-10 с от начала эвакуации у эвакуационных выходов формируются скопления людей с относительной плотностью людского потока -0,15 (см. линии 9, 10, 12). Исключением является эвакуация из залов 1-го этажа 1.1 и 1.438 где у эвакуационного выхода при слиянии людских потоков из залов и с лестниц

2-го этажа формируются скопления людей с относительной плотностью людского потока до 0,65 (см. линию 11) и временем существования до 1 мин.

Результаты расчетов сведены в табл. 4.

к.-—1 2 — У ! 1 i №

/ / т

У /■ М/

ч У п

'Í / .р. /i

-.^^Гачес егмш X/ 1 ■ ч.

/

ÍÁZ '"V

1 |

oJ

1 М iM 1BD 340 ш :ig w м

Врвкя.с

Рис. 11. Динамика высоты незадымлеаной зоны (1*3) и оптической плотности дыма (4+9)при пожаре на 1 -ом этаже. Высота незадымленной зоны: 1 - 1-го этажа; 2 - 2-го этажа; 3 - 3-го этажа. В задымленной зоне: 4-1-го этажа; 5 -2-го этажа. На высоте роста человека:6 - на 1-ом этаже; 7 - на 2-ом этаже; 8 - на 3-ем этаже. 9 - на 1-ом этаже при наличии штор

Таблица 4

Анализ условия обеспечения безопасной эвакуации

Этаж, помещение Время блокирования (М. с Необходимое время эвакуации ((»б = 0,8 Ы. с Расчетное время эвакуации («'с Запас по времени (¡»б- (р), с

Офисы: 6-й этаж 5-й этаж >205 205 >164 164 о со >124 116

3-й этаж 220 176 113 66

2-й этаж 347 277 86 191

1-й этаж 319 255 94 161

Галереи 2-го этажа 197 157 145 12

Промежуточный этаж 172 137 64 73

Как видно из таблицы расчетное время эвакуации людей с этажей и помещений меньше необходимого времени эвакуации, и, таким образом, при существующих в проекте объемно-планировочных решениях условие безопасной эвакуации обеспечивается для всех групп людей без учета работы систем пожаротушения и противодымной защиты.

В процессе эвакуации людей при пожаре на путях эвакуации и у эвакуационных выходов в лестничные клетки опасных скоплений людей с плотностью более 0,5, длительностью свыше 1,0 мин не формируется.

В этом случае успех эвакуации Р3 = 0,999.

Согласно «Методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» в базовом варианте можно принять: надежность тушения пожара Я.4П *= 0,9; надежность выполнения задачи системой оповещения и управления эвакуацией Лсоуз~0,8, надежность системы противодымной защиты и надежность обнаружения пожара = 0,8. В этом случае вероятность пожара в зальных помещениях АВК должна поддерживаться на уровне

<2п<Я?=1>1' Ю"2 1/год

для обеспечения нормативного значения индивидуального риска в помещениях здания аэропорта.

Л 1 |

м Л- \ \ \\ I

1 ч !

\ 1 \ 1

Л юз \ \ 1 \

\ \

Время, с

Рис. 12. Динамика выхода людей с 1+2 этажей. 2-й этаж: 1 - сектор "а"; 2 - сектор "в"; 3 - сектор Чс"; 4 - галереи 2-го этажа; 1-й этаж: 5 - сектор "а"; 6 - сектор "в"; 7 - сектор "с"; 8 - промежуточный этаж, относительная плотность людского потока у эвакуационных выходов: 9 - в тамбур 2.2; 10-из галереи № 7 (2-й этаж); 11 - из стерильной зоны 1.1; 12 - из галереи промежуточного этажа.

При этом также необходимо учитывать, что время принятия решения на начало эвакуации должно быть не более

0<^<0,81ш-{1Р+1ое+1оау,

где tp - время эвакуации, с; tos ~ время обнаружения пожара, с; ton - время оповещения, с.

Например, для зального операционного помещения 1-го этажа при 0,8^ ~tP =161 с, tos= 30 с и ton =20 с (в автоматическом режиме) время начала эвакуации должно быть не более

t№< 161

-(30 + 20) = 111 с.

Особенностью аэровокзального

комплекса аэропорта г. Сочи является наличие навеса, предусмотренного вдоль всего фасада (рис. 9).

Навес смонтирован над двухъярусным транспортным полотном для подъезда автомобилей, обслуживающих пассажиров аэропорта.

Необходимо оценить устойчивость конструкций при возможном пожаре, связанном с горением автомобиля.

В качестве проектных аварий приняты сценарии пожара № 5 и № 6. . '

В диссертации на основе оценок температур металлических конструкций навесов АВК для реальных пожаров установлены условия применения принятой конструкции навеса без огнезащиты. На рис. 13 приведена расчетная схема конструкций навеса.

На рис. 14 дана динамика температуры незащищенных

металлических конструкций навеса при стандартном пожаре. Расчеты проводились в предположении обогрева конструкций со всех сторон.

/ti4ü.20

£3-

VfcO-йП

7Т

"Ж

Рис. 13. Устройство конструкций навеса

Фактический предел огнестойкости конструкций оценивается в Ш4 (см. пересечение линий 4 и 5).

На рис. 15 дана динамика температуры незащищенных металлических конструкций навеса при горении легкового автомобиля (см. линию 3) и автобуса (см. линию 4). Как видно потеря огнестойкости при пожаре автобуса происходит на 8 минуте (см. линию 5).

Таким образом, установлено:

1. При пожаре лег-ового автомобиля (мак-имальная мощность 5 МВт) гнестойкость конструкций :авеса обеспечивается.

2. При пожаре ав-обуса (максимальная мощ-юсть 15 МВт) потеря огнес-ойкости конструкций навеса (роисходит на 7-й минуте.

То есть, стоянка втобусов на эстакаде 2-го гажа АВК г. Сочи' должна граничиваться только

ыгрузкой пассажиров и агажа из автобуса.

При выполнении соответствующих условий огнезащиту несущего каркаса эстакады 2-го этажа рекомендуется не предусматривать.

Время,мин

Рис. 14. Характеристики металлических конструкций при стандартном пожаре: 1 - температурная кривая стандартного пожара. 2-труба 0108; 3 -труба 076; 4 -сопротивление металла; 5 - напряжение в нижнем поясе.

и

á е-

а \в

с.'

1 / У 1\ \

V-

!

1X0 ш g

Время, мин

Рис. 15. Нагрев нижнего пояса конструкций навеса при реальном пожаре. Температура струи при горении: 1 - легкового автомобиля; 2 - автобуса. Температура металла при горении: 3 - легкового автомобиля; 4 - автобуса. Сопротивление металла при горении: 5 - автобуса; 6 - легкового автомобиля. 7 - напряжение в металле нижнего пояса

В диссертации на примере еще двух объектов продемонстрирована эффективность использования разработанной методики обоснования рациональных вариантов СПЗ зданий. Например, для здания Центра внешкольной работы, для жилой зоны были установлены требуемые пределы огнестойкости несущих конструкций здания, исходя из условий реальных пожаров.

На рис. 16 дана динамика температуры элементов конструкции железобетонной плиты перекрытия при .реальном пожаре. 8 - толщина защитого слоя бетона. На этом рисунке значение критической температуры указано горизонтальной прямой.

С окончанием активного горения после 65-й минуты температура дыма под перекрытием становится меньше температуры обогреваемой поверхности. Из-за перераспределения тепла по глубине конструкции температура внутренних слоев бетона еще некоторое время повышается, и максимальное значение температуры в 497° С арматура достигает на 70 минуте пожара (см. пунктирную линию 7). Таким образом, для плиты перекрытия при диаметре арматуры 0>16 мм необходимая толщина защгггного слоя составляет 5=22 мм.

На рис. 17 представлены результаты расчетов прогрева конструкций железобетонной плиты перекрытия при стандартном испытании. Линия 1 соответствует температуре стандартного пожара.

При толщине защитного слоя бетона ¿"=22 мм и для принятого диаметра арматуры 0=16 мм получаем, что фактические пределы огнестойкости плиты перекрытия равны Я 79 (см. пунктирную линию 7).

s а> I-

80 100 120 Время, мин

Рис. 16 Динамика температуры конструкций плиты перекрытия при пожаре 1 - Конвективная колонка; 2 - 5=0 мм; 3-5=10 мм; 4 - 8=20 мм; 5 - 8=30 мм; 6 - 5=40 мм; 7 - арматура

120 1S0 160 Время, мин

. Рис. 17. Динамика температуры конструкций плиты при стандартном пожаре

1 - Стандартный пожар; 2 — 5=0 мм; 3-5=10 мм; 4-5=20 мм; 5-5=30 мм; , б - 5=40 мм; 7 - арматура (5=22 мм)

Таким образом, необходимые пределы огнестойкости плиты перекрытия с учетом коэффициента безопасности Kg= 1,5 составляют t^=Rl 19.

На основе расчетов в проекте принята огнестойкость плит перекрытий R 120.

Заключение

1 i На основе исследования причин пожарной опасности разработана система показателей пожарной опасности многофункциональных зданий.

2. Введена система критериев обеспечения безопасности многофункциональных зданий при пожарах.

3. Разработаны методики оценки пожарного риска и выбора рациональных вариантов противопожарной защиты многофункциональных общественных зданий с учетом специфики горной местности и сложного рельефа.

4. Предложен алгоритм решения методом последовательных приближений многокритериальной задачи поиска рациональных вариантов противопожарной защиты.

Предложено контролировать безопасность людей при пожарах на нормативном уровне путем обеспечения, в том числе, сформулированных требований к допустимой величине времени принятия решения человеком t¡jp о начале эвакуации.

5. Разработаны инженерные методы расчета рациональных вариантов защиты с учетом материальных потерь при пожарах в области использования противопожарных преград: стены, перегородки, шторы (пожарные секции, отсеки) и систем автоматического пожаротушения.

6. Сформулирована система дополнительных противопожарных мероприятий, адекватных типовым отступлениям от норм и/или для случая отсутствия противопожарных норм при строительстве многофункциональных зданий в горной местности и на сложном.рельефе.

7. Разработана методика, позволяющая установить экономически целесообразные области применения противопожарных и противодымных штор для решения задач строительной пожарной профилактики.

8. Разработана модель для оценки предельного уровня затрат на устройство штор, в области совмещения задач создания эстетичных архитектурных форм многосветных пространств и экономической целесообразности.

9. Предложено, в рамках рационального варианта противопожарной защиты объектов обосновать требования к несущим конструкциям зданий, исходя из условий реальных пожаров. В результате моделирования реальных пожаров на эстакаде аэровокзального комплекса установлено, что горение легкового автомобиля на эстакаде не приведет к обрушению металлического навеса над эстакадой.

10. Проведена апробация разработанной методики на примерах выбора и обоснования систем пожарной безопасности для трех объектов г. Сочи с ограничением доступа пожарных подразделений к части помещений зданий:

• реконструируемого здания аэровокзального комплекса аэропорта г. Сочи;

• здания отель-апартамента;

• здания Центра внешкольной работы с жилым комплексом.

11. На основе результатов теоретических исследований, запросов практики разработаны предложения по дополнениям и изменениям в противопожарные нормы для многофункциональных зданий.

12. Результаты данной работы целесообразно внедрять при приведении нормативной базы в области пожарной безопасности в соответствии с ФЗ № 123, при аудите проектной документации, разработке предложений по нормированию противопожарной защиты уникальных объектов, в том числе, при строительстве Олимпийских объектов и сооружений в г. Сочи, при страховании пожарных рисков.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Харченко С.П. Особенности обеспечения пожарной безопасности общественных зданий в условиях гористой местности и плотной городской застройки // Пожарная и аварийная безопасность. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Иваново, 18 декабря 2008 г. - Иваново: ИПК «ПресСто», 2009, с. 72-74.

2. Харченко С.П. Методика выбора рациональных решений по противопожарной защите многофункциональных общественных зданий в гористой местности // Пожарная и аварийная безопасность. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Иваново, 18 декабря 2008 г. - Иваново: ИПК «ПресСто», 2009, с. 74-76.

3. Присадков В.И., Орлов Г.В., Федоринов A.B., Харченко С.П. Области применения систем дымоудаления из атриумных помещений // Пожарная и аварийная безопасность. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Иваново, 18 декабря 2008 г. — Иваново: ИПК «ПресСто», 2009, с. 60-61.

4. Болодьян И.А., Присадков В.И., Девлишев П.П., Федоринов A.B., Харченко С.П. Области применения противопожарных штор в строительстве // Пожарная и аварийная безопасность. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Иваново, 18 декабря 2008 г. - Иваново: ИПК «ПресСто», 2009, с. 14-16.

5. Присадков В.И., Харченко С.П. Основные положения методики вариантного проектирования противопожарной защиты многофункциональных общественных зданий в гористой местности // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. Материалы V Международной научно-практической конференции. Т. 3. Мн., 2009. с. 40-42.

6. Харченко С.П. Специфика разработки систем противопожарной защиты многофункциональных зданий в условиях предгорий // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXI Международной научно-практической конференции - М.: ВНИИПО, 2010, с. 77-79.

7. Болодьян И.А., Присадков В.И., Харченко С.П., Федоринов A.B. Управление пожарными рисками в многофункциональных зданиях // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXI Международной научно-практической конференции - М.ВНИИПО, 2010, с. 7982.

8; Присадков В.И., Харченко С.П. Управление системами пожарной безопасности в многофункциональных общественных зданиях // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXI Международной научно-практической конференции - М.: ВНИИПО, 2010, с. 82-84.

9. Присадков В.И., Лицкевич В.В., Харченко С.П., Федоринов A.B. Выбор рациональных вариантов противопожарной защиты зданий на основе учета материальных потерь// Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXII Международной научно-практической конференции М.: ВНИИПО, 2010, с. 43-46.

10. Лицкевич В.В., Присадков В.И., Харченко С.П., Федоринов A.B. Использование противопожарных штор в общественных зданиях с проемами // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXII Международной научно-практическая конференции. М. : ВНИИПО, 2010, с. 125-129.

11. Харченко С.П., Лицкевич В.В., Присадков В.И., Федоринов A.B. Требования к пределам огнестойкости несущих конструкций общественных зданий // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы XXII Международной научно-практической конференции. М. : ВНИИПО, 2010, с. 206-208.

12. Рациональный вариант противопожарной защиты аэровокзального комплекса в г. Сочи // Проблемы горения и тушения пожаров : сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 2010. Вып. 2. Инв. № 5-26/660 ДСП. С. 104-114.

13. Харченко С.П. Критерии выбора рациональных вариантов систем противопожарной защиты общественных зданий // Пожарная безопасность,. 2010, №3, с. 136-137.

14. Харченко С.П. Оценка времени принятия решения о начале эвакуации людей при пожаре в общественных зданиях // Пожарная безопасность, 2010, №4. с. 117-119.

15. Харченко С.П., Федоринов A.B., В.И. Припадков. Пути обеспечения нормативного значения пожарного риска для общественных зданий // Пожарная и аварийная безопасность. Материалы V Международной научно-практической конференции. Иваново, 24.11.2010 г. Часть 1. - Иваново : ИвИ ГПС МЧС России, 2010, с. 266-270.

Подписано а печать 14.12.10 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная усл. печ.л. 1,63. Уч.-изд. л. 1043. Т-100 экз. Заказ № 72

Типография ВНИИПО МЧС России 143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12.