Обеспечение пожарной безопасности многоэтажных зданий из деревянных конструкций

Аннотация. Проведен обзор современного деревянного домостроения в России и за рубежом. Проанализированы результаты испытаний строительных материалов из древесины на пожарную опасность, а также деревянных строительных конструкций различных типов на огнестойкость и пожарную опасность как без огнезащиты, так и с огнезащитой различных видов. Разработаны предложения в нормативные документы. Намечены направления дополнительных исследований пожарной опасности зданий из деревянных конструкций.

Ключевые слова: пожарная безопасность зданий, пожароопасность строительных конструкций, деревянные строительные конструкции, огнестойкость деревянных конструкций, пожароопасность деревянных конструкций

Россия обладает 25 % всех мировых лесных ресурсов, однако до недавнего времени строительство домов из древесины было востребовано только в индивидуальном жилищном строительстве. При этом использование древесных материалов при строительстве жилья в России составляет всего 0,003 м3/м2, что в 17 раз меньше, чем в Финляндии, США и Канаде.

В настоящее время строительство индивидуальных жилых деревянных домов занимает 22% от всего объема строительства. На долю индустриальных деревянных домов ежегодно приходится не более 3% возводимых деревянных домов. Ежегодный объем деревянного домостроения в России составляет около 11 млн м2, из них в среднем 3,7 млн м2 приходится на дома заводского изготовления. Самой распространенной технологией строительства деревянных домов в России является каркасная (около 46%), на 2-м месте – из клееного бруса (около 32 %). В России деревянные дома строятся только в сегменте малоэтажного домостроения [1, 2].

За рубежом древесина широко используется при строительстве зданий различного функционального назначения: гостиниц, спортивных сооружений, общественных и административных зданий, малоэтажных и многоэтажных зданий. Достижения науки, техники и технологии в области строительства из деревянных конструкций позволяют проектировать и возводить здания любого типа и назначения, и мировой опыт проектирования и строительства это подтверждает.

Можно выделить технологии строительства с использованием деревянных конструкций, в частности, создание домов:

• рубленных вручную из бревна и лафета;
• из оцилиндрованного и строганного бревна;
• со стенами из клееного бруса;
• стоечно-балочных или опорно-брусовых (фахверк);
• каркасных;
• с использованием древесных плит.

Первые четыре вида технологий в основном используются в частном малоэтажном строительстве. Однако есть примеры использования данных видов технологий при строительстве общественных, жилых зданий.

Одним из таких проектов является 14-этажный жилой комплекс Treet Bergen (рис. 1), который введен в эксплуатацию в конце 2015 года в Норвегии, город Берген.

Высотное деревянное домостроение использует современные технологии. Так, для возведения многоэтажных домов применяются высокопрочные композитные материалы на основе древесины, в частности – LVL-брус и CLT-панели. LVL-брус используется в качестве вертикальных и горизонтальных элементов несущего каркаса здания. Материал представляет собой многослойный шпон из дерева хвойных пород. Волокна слоев располагаются параллельно, толщина каждого слоя составляет около 3 мм (рис. 2).

CLT-плиты и панели – композитный материал, изготавливаемый методом перекрестного склеивания слоев древесины. Применяется в качестве ограждающих конструкций, плит перекрытия и покрытия зданий. Конструкции CLT отличаются легкостью, пожаробезопасностью, высокими показателями прочности, тепло- и звукоизоляции. В настоящее время выпускаются CLT-плиты толщиной от 60 до 400 мм (рис. 3).

Материалы CLT и LVL могут комбинироваться друг с другом. Например, каркас здания может состоять из LVL-бруса, а стены и перекрытия – из панелей CLT.

Как известно, древесина относится к сильногорючим материалам (Г4). Строительные материалы из древесины и древесных материалов по пожарной опасности относятся к группам, приведенным в табл. 1.

Согласно ст. 36 Федерального закона Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ [3] строительные конструкции по пожарной опасности подразделяются на следующие классы:

1. непожароопасные (K0);
2. малопожароопасные (K1);
3. умереннопожароопасные (K2);
4. пожароопасные (K3).

С 1994 г. во ВНИИПО проводились многочисленные испытания несущих и ограждающих конструкций, декоративных, отделочных и облицовочных материалов на основе древесины. Результаты проведенных испытаний приведены, в частности, «Справочнике по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий» (М., ГУГПС, ВНИИПО, 1999), а также в «Технической информации (в помощь инспектору ГПС)» (М., ГУГПС, ВНИИПО. Выпуски 2001–2003, 2005–2010, 2012–2014 гг.).

За счет низкой скорости обугливания (0,7 мм/мин) несущие элементы из массивной древесины (стойки, балки) могут обеспечить значительный предел огнестойкости по несущей способности. Результаты проведенных огневых испытаний несущих деревянных конструкций обобщены, в частности, в Пособии [4]. Проведенные в последнее время во ВНИИПО испытания несущих конструкций из CLT-панелей (стены, перекрытия) показали, что они также обеспечивают значительный предел огнестойкости по несущей способности.

Испытаниями установлено, что все строительные конструкции из древесины относятся к третьему классу пожарной опасности (К3 – пожароопасные). Это обстоятельство значительно затрудняет применение различных строительных конструкций в строительстве с точки зрения обеспечения требований пожарной безопасности, в том числе в строительстве многоэтажных зданий.

В последнее время во ВНИИПО проведен также комплекс среднемасштабных экспериментов (более 100 испытаний) по определению фактических пожарно-технических характеристик несущих и ограждающих строительных конструкций из древесины, а также отдельных узлов при- мыканий и узлов пересечений. Получены уникальные данные по огнестойкости и пожарной опасности конструкций, применяемых в качестве несущих элементов зданий, в фасадных системах и на путях эвакуации.

Определено, что несущие конструкции стен и перекрытий могут обеспечивать значительные пределы огнестойкости (до 90 мин и более), а при использовании современных конструкционных огнезащитных материалов (ГКЛ, ГВС, ЦСП, минеральная вата и т. п.) могут применяться в любых зданиях без ограничений.

Установлен факт высокой пожарной опасности фасадных конструкций с применением древесины, что потребует поиска новых облицовочных материалов.

Требуется дополнительная защита конструкций на путях эвакуации.

Оценена необходимость огнезащиты деревянных конструкций зданий для обеспечения требуемых пожарно-технических характеристик.

Для зданий из деревянных конструкций до четырех этажей разработан комплекс необходимых инженерно-технических и организационных мероприятий по обеспечению пожарной безопасности. Разработаны требования к системам предотвращения пожара, системе пожарной сигнализации, системе оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, системе противодымной вентиляции, автоматическим установкам пожаротушения, внутреннему пожарному водопроводу и иным составляющим системы пожарной автоматики (при необходимости) в зданиях из деревянных конструкций.

По результатам этих испытаний разработаны предложения по введению в соответствующие нормативные документы требований по пожарно-техническим параметрам для зданий I–III степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности С3.

Эти испытания показали также, что необходимы дополнительные исследования пожарной опасности жилых и общественных зданий из деревянных строительных конструкций. Работы будут продолжены в 2024 г.

Рассматривается необходимость дальнейших исследований по разработке предложений для включения в нормативные документы в части обеспечения пожарной безопасности многоэтажных жилых и общественных зданий с применением деревянных конструкций высотой до 28 м (9 этажей), с частичной конструктивной огнезащитой несущих конструкций, а в перспективе до 36 м (12 этажей).

Данные работы предполагается выполнять на основе проведенных исследований, а также потребуются дополнительные расчеты и экспериментальные исследования, в частности, направленные:

• на разработку программы и методики проведения крупномасштабных натурных испытаний фрагментов зданий (до тех. этажей) с привлечением ресурсов полигонной базы Оренбургского филиала ФГБУ ВНИИПО МЧС России;
• продолжение серии среднемасштабных и лабораторных исследований строительных конструкций, материалов и средств огнезащиты;
• выполнение серии исследований на основе CFD-моделирования помещений различного на- значения и зданий из деревянных строительных конструкций.

Перейти к содержимому PDF