3. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕН РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

2. Противопожарные условия

Возможность применения металлических стен для отапливаемых зданий иногда ограничивается противопожарными условиями. Особенно это относится к конструкциям с утеплителями из полимерных материалов. В связи с этим во многих странах проводятся исследования в области противопожарной профилактики и ликвидации пожаров на объектах, конструкции которых содержат полимерный материал. Значительная часть исследований посвящена установлению критериев противопожарных свойств материалов и конструкций в целях нормирования требований к проектам. Критерии эти разнообразны и довольно многочисленны, как и виды испытаний, которыми они определяются. Во многих странах испытания пенопластов проводились на возгораемость, распространение пламени, самозатухание, тепловыделение и дымообразование. Таким же испытаниям подвергались конструкции, в состав которых входили пенопласты. Многие специалисты считают, что для развития применения полимерных материалов в строительстве необходимо, главным образом, придать материалам способность самозатухания и расширить устройство в зданиях спринклерования или других автоматизированных систем пожаротушения. В этом случае можно будет значительно сократить нынешнюю множественность противопожарных испытаний и требований к пенопластам для строительства, что позволит придать соответствующим нормам проектирования большую обоснованность.

Но пока что, вследствие новизны металлических стен с полимерными утеплителями и недостаточной изученности их поведения при пожаре, в отечественных и некоторых зарубежных нормах проектирования проявляется повышенная осторожность в указаниях по применению этих конструкций, особенно для многоэтажных жилых зданий. Поэтому в России, как и в некоторых других странах, в дополнение к общим противопожарным нормам, относящимся ко всем видам строительства и к зданиям различной этажности, издан специальный нормативный документ, регламентирующий применение легких металлических покрытий и стен с трудносгораемыми и сгораемыми утеплителями только для зданий производственного назначения высотой в один и два этажа и одноэтажных складских зданий. Называется он «Инструкция по проектированию зданий из легких металлических конструкций» ( СН 454-76).

В Инструкции можно отметить две особенности: так, в противопожарной характеристике ограждающих конструкций в ней не используется показатель предела огнестойкости, который положен в основу общих норм — СНиП II-A.5-70. Это, видимо, связано в значительной мере со второй особенностью, которая заключается в том, что противопожарная характеристика дается этим конструкциям не непосредственно, а выражается через группы возгораемости материалов, из которых они состоят. Поэтому в характеристике не отражаются некоторые свойства, относящиеся к конструкциям, например оценка противопожарной надежности крепления ограждающей части стен к несущим элементам, которая для некоторых панельных конструкций может быть определяющей их жизнеспособность при пожаре.

Большинство нормативных положений в СН 454-76 исходит из сочетаний групп возгораемости материалов, составляющих конструкцию. Таких сочетаний три: «а», «б», «в», и для всех них предусмотрено, что каркас здания, настил покрытия и обшивки наружных стен должны быть несгораемыми, причем для элементов каркаса (колонны, фермы и др.) оговорен минимальный предел огнестойкости — 0,25 ч. Отличаются же они тем, что в сочетании «а», утеплители для стен и покрытий трудносгораемые, в сочетании «в» — сгораемые, а в сочетании «б» — для стен трудносгораемый, а для покрытий сгораемый.

Стальные обшивки для стен могут применяться во всех случаях, а алюминиевые только при сочетании «а».

В Инструкции указывается, что наружные стены с металлическими обшивками и утеплителем из пенополиуретана с пламягасящими добавками следует условно относить к сочетаниям «а» и «б» в зависимости от группы возгораемости утеплителя покрытия. Кроме того, покрытие из профилированного стального листа, утеплителя из пенополистирола (ПСБ-С) и рулонной кровли с защитным слоем гравия или щебня можно относить условно к сочетанию «а».

В соответствии с указанными сочетаниями установлены для различных по пожарной опасности категорий производств (см. СНиП II-M. 2-72) предельно допустимые площади этажа зданий между противопожарными, стенами. Для производственных зданий эти площади не должны превышать величин, указанных в табл. 9.

Наряду с указанными нормативами в СН 454-76 предусмотрено, что площадь пола между противопожарным стенами в зданиях с производствами категорий А, Б и В с применением горючих и легковоспламеняющихся жидкостей не ограничивается при оборудовании этих зданий быстродействующими установками автоматического тушения пожаров, исключающими возможности распространения огня за пределы участка возгорания и обеспечивающими тушение его до наступления предела огнестойкости несущих конструкций (0,25 ч).

Кроме того, установлено, что для производств категории В в зданиях шириной более 60 м, не имеющих световых или аэрационных фонарей, площадь пола между противопожарными стенами не должна превышать при применений автоматических средств пожаротушения 25000 м² — в одноэтажных и 18000 м² — в двухэтажных зданиях.

Площадь между противопожарными стенами одноэтажных зданий складов должна находиться в пределах, указанных в табл. 10.

Для обоснования основных требований СН 454-76, связанных с совместным учетом противопожарных свойств покрытий и стен, были проведены огневые испытания блоков покрытий, утепленных пенопластами и другими материалами. Габариты блоков в плане принимались равными сетке колонн массовых промышленных зданий — 12x6, 12х18 и 12x24 м. Испытания, проведенные в трех местах — на площадках ТЭЦ-25 в Москве, Камского автомобильного завода и текстильного комбината в Бухаре, не подтвердили многих опасений paботников органов пожарной охраны, в связи с чем ряд требований предыдущего нормативного документа (СН 454-73) был пересмотрен. Кроме того, проводились огневые испытания стен. Так, в 1974 г. был испытан фрагмент стены из панелей, показанных на рис. 52. Испытательным стендом служила камера с каменными стенами, имевшая размеры в плане 6х3,36 и высоту 7 м. В средней части ее продольной стены был оставлен проем высотой 6 и шириной 2,44 м, в откосы которого были заделаны три ригеля (гнутые швеллеры) — внизу и вверху проема, а также посередине его высоты. Этот проем был закрыт испытываемыми панелями.

Опытный образец (фрагмент) стены состоял из трех (по ширине) панелей толщиной 50, шириной 2700, а длиной 6300 мм. К нему была добавлена, в качестве контрольного участка (находящегося за пределами проема камеры), панель того же типа, но более короткая (2000 мм). Средняя панель крепилась к ригелям так, как предусмотрено ее конструкцией — одна кромка привинчивалась самонарезающим винтом за внутреннюю часть паза, а другая (гребень) входила в паз (тоже закрепленный винтом) смежной панели. У вертикальных откосов проема крайние две панели крепились к ригелям сквозными болтами.

Испытания проводили в соответствии с «Методикой испытаний строительных конструкций на огнестойкость и возгораемость» (ВНИИПО, 1971). Испытывавшийся фрагмент стены находился под односторонним воздействием огня в режиме, близком к стандартному, в течение 16 мин. При нагреве в течение первых 3 мин до 140 °С внутренняя облицовка фрагмента деформировалась так, что произошло раскрытие одного из верхних участков стыка средней и смежной панелей, и в этом месте наружу проникло пламя. Затем еще 3 мин происходили деформации облицовок средней панели и нарушились другие ее стыки со смежными панелями. Еще 10 мин продолжалось выгорание утеплителя фрагмента, после чего (на шестнадцатой минуте) огонь в испытательной камере был погашен.

Обследование фрагмента показало, что ни в одной панели внутренние обшивки не обрушились и не прогорели, пенополиуретан в зоне, подвергавшейся огневому воздействию, выгорел почти полностью, а контрольная панель не пострадала, т. е. огонь в нее при нераскрывшихся стыках не проник.

На основании этих результатов испытаний было решено (в чертежах шифр 773-74) принять для трехслойных панелей, стыкуемых в шпунт, крепление к ригелям сквозными болтами. Наблюдавшийся процесс испытаний позволил оценить предел огнестойкости панелей при таком креплении в 0,25 ч. Испытание аналогичных панелей с алюминиевыми облицовками, проведенное в 1975 г., показало предел их огнестойкости 0,1 ч по признаку сквозного прогорания обеих облицовок.

В 1974 г. были проведены огневые испытания фрагмента стены послойной сборки со стальными обшивками (прикрепленными к ригелям сквозными болтами) и утеплителем в виде пенополистирола марки ПСБ-С. Они проводились с целью выявления эффективности различных видов противопожарных преград, разделяющих площадь стены на отсеки для предотвращения распространения огня внутри конструкции по утеплителю. В процессе испытаний пенополистирол расплавился и вытек, а затем загорелся, что не могло бы при реальном пожаре оказать существенного влияния на его интенсивность ввиду весьма малого количества этого горючего материала (расплава). Но стальные обшивки после огневого воздействия в течение 0,5 ч не обрушились и не прогорели.

В 1975 г. была испытана другая конструкция стены послойной сборки тоже со стальными обшивками, но с утеплителем из стеклопласта. В этой конструкции имелись деревянные бруски (к которым крепились обшивки), пропитанные антипиренами или защищенные от огня несгораемой обкладкой. И при этом стену оказалось возможным отнести по результатам испытания к несгораемым конструкциям с пределом огнестойкости 0,63 ч, т. е. превышающим величину (0,25 ч), обусловленную СНиП II-A.5-70.

Огневые испытания стен должны быть проведены в большем объеме, достаточном для обоснованных выводов. Но даже при самых благоприятных их результатах следует повышать огнестойкость утеплителей из пенопластов, в частности пенополиуретана в трехслойных панелях. Повысить огнестойкость утеплителей можно путем применения для панелей пенополиизоцианурата (ПИР) — своеобразной разновидности пенополиуретана, либо введением в обычный пенополиуретан легковесных минеральных гранул. Хорошими свойствами в противопожарном смысле обладают поликарбодиимидные пенопласта (ПКД). Жидкие композиции этих пенопластов характерны повышенной, по сравнению с полиуретановыми, вязкостью и поэтому их не используют для панелей, а формуют из них блоки, распиливаемые затем на плиты, применимые для стен послойной сборки и для других целей.

Указанные пенопласта ПИР и ПКД применяются в ряде стран и, в частности, в ФРГ, где согласно стандарту (ДИН 4102) горючие строительные материалы подразделяются на три класса: Б1 — трудно воспламеняющийся, Б2 — нормально воспламеняющийся и БЗ — легко воспламеняющийся. Испытания применительно к этой классификации показали, что если не применяются какие-то специальные меры (рецептуры), то пенополиуретан с пламягасящими добавками (объемная масса 30— 40 кг/м^[1]) относится к классу Б3, пенополиизоцианурат с такими же добавками (объемная масса 30—45 кг/м³) — к классу Б2, а поликарбодиимидный пенопласт (объемная масса 15—25 кг/м³) — к классу Б1

Арон Шаевич Дехтяр
Облегченные конструкции металлических стен промышленных зданий
1979