Обоснование применения гидравлической противопожарной преграды в зданиях и сооружениях из легких металлических конструкций

Актуальность темы

В настоящее время широко осуществляется строительство зданий из лёгких металлических конструкций основных и вспомогательных зданий промышленных предприятий.

Строительство этих зданий позволяет проводить индустриализацию строительного производства, превращая его в единых процесс возведения объектов из изделий высокой заводской готовности. Здания такой конструкции обеспечивают значительное снижение материалоёмкости за счёт использования эффективных видов металлопроката, трудоёмкости и стоимости строительства на единицу вводимой в действие мощности и, что особо важно в современных условиях, сокращение сроков возведения зданий за счёт высокой технологичности конструктивных решений, а стало быть, сокращение объёма незавершенного строительства. Немаловажно также, что в этих зданиях из-за более крупной сетки колонн ускоряется и облегчается реконструкция и техническое перевооружение предприятий.

Разработка и внедрение в строительство лёгких металлических конструкций сопровождались постоянным снижением требований по их огнестойкости, допускаемым площадям застройки между противопожарными стенами, отсутствием эффективных негорючих термоизоляционных материалов. Это привело к тому, что именно в зданиях такого типа на протяжении почти двух десятков лет происходили и происходят катастрофические пожары с обрушением несущих конструкций на площадях, исчисляемых тысячами и десятками тысяч квадратных метров, с потерей дорогостоящего технологического оборудования.

Низкий уровень противопожарной защиты зданий из лёгких металлических конструкций тесно связан и с ошибками, допущенными в противопожарном нормировании и стандартах. Всё это требует от проектных, строительных и эксплуатационных организаций особого подхода к вопросам пожарной безопасности зданий из лёгких металлических конструкций.

Прогнозные исследования и оценки, проведённые за последние годы, показывают, что обстановка с пожарами в России будет тесно связана с мерами государственного регулирования в области пожарной безопасности и результатами их реализации на практике. Перевод оперативных подразделений пожарной охраны на четырех сменное несение службы, не сопровождавшееся необходимым увеличением численности личного состава, существенно снизило боеспособность пожарных подразделений. В результате во многих регионах боевые расчёты на пожарных автомобилях составляют по 1−2 человека вместо 5−6. Заниматься тушением пожаров в зданиях из JIMK с большими площадями покрытия и в условиях нехватки личного состава, когда к моменту прибытия на пожар первого пожарного подразделения площадь пожара и требуемая интенсивность превышают возможность прибывшей на пожар техники, а скорость распространения огня по ограждающим конструкциям и увеличение площади пожара превышает возможности пожарных гарнизонов по быстрому сосредоточению сил и средств, необходимых для успешной ликвидации пожара, довольно затруднительно.

Одной из основных задач пожарной охраны является создание условий, способствующих локализации и успешному тушению пожара в случае его возникновения. Предлагаемая работа направлена на повышение пожарной безопасности зданий из J1MK с горючим утеплителем в наружных ограждающих конструкциях, что позволит облегчить дежурным подразделениям пожарной охраны справиться с организацией и тушением пожаров в этих сооружениях.

Анализ более ста крупных пожаров показал, что в 44% случаев ко времени сосредоточения сил и средств пожары распространяются по всей площади здания, каждый третий пожар заканчивается полным обрушением конструкций покрытия по всей площади, в 79% случаев имеющиеся в зданиях противопожарные преграды не выполнили своего предназначения, что подчёркивает актуальность данной работы.

Целью диссертационной работы является повышение пожарной безопасности зданий и сооружений из лёгких металлических конструкций, путём разработки и обоснования нового способа ограничения распространения пожара по ограждающим конструкциям этих зданий.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи: провести анализ пожаров в зданиях и сооружениях из ЛМК, дать оценку эффективности существующих противопожарных преград по ограничению распространения пожара в ограждающих конструкцияхпредложить и обосновать новый способ по ограничению распространения пожара в ограждающих конструкциях зданий из ЛМК, рассчитать допустимые нагрузки в покрытии, получить зависимости допустимой влагопоглощаемости утеплителя по объёму от его плотности и толщиныразработать математическую модель для определения геометрических параметров гидравлической противопожарной преграды, установить зависимости между основными параметрами перфорированного трубопроводапровести экспериментальные исследования по определению возможности и степени впитывания воды материалом утеплителя при её подачи через перфорированный трубопровод, исследовать различные способы подачи воды в перфорированный трубопровод и их влияние на массовую скорость впитывания, выявить наиболее оптимальный способ и время подачи воды для достижения максимальной влажности утеплителя по объёму- ¦ разработать методику определения расстояния между соседними гидравлическими противопожарными преградами, учитывая при этом пожароопасные свойства утеплителей, используемых в ограждающих конструкциях зданий из JIMK.

Объектом исследования является процесс взаимодействия распространяющегося внутри трёхслойных ограждающих конструкции зданий из J1MK пожара с гидравлической противопожарной преградой.

В качестве предмета исследования рассматривались перфорированные трубопроводы с уложенными вдоль них полосками утеплителя различной ширины, способные впитывать воду и ограничивать линейное распространение пожара по утеплителю внутри ограждающих конструкций зданий из JTMK.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для ограничения распространения пожара по горючему утеплителю внутри трёхслойных ограждающих конструкций зданий и сооружений из JIMK предлагается использовать новый способ защитыгидравлическую противопожарную преграду (ГПП). В работе даётся обоснование возможности её использования.

2. Предложена математическая модель расчёта тепломассообмена внутри проницаемых трехслойных ограждающих конструкций зданий из JIMK с учётом фазовых переносов и горения материала внутри панелей, определены геометрические параметры гидравлической противопожарной преграды.

3. Разработана методика определения расстояния между ГПП.

4. Установлены параметры массовой скорости впитывания воды утеплителем в зависимости от времени и способа подачи воды, получены коэффициенты максимальной влагопоглощательной способности минеральной ваты при пропитке её через перфорированный трубопровод в зависимости от времени и способа подачи воды.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методик проведения эксперимента, апробированных методов расчёта и обработки экспериментальных данных.

Практическая ценность работы. Результаты проведённой работы имеют практическую ценность при проектировании систем противопожарной защиты в стоящихся и реконструируемых сооружениях из JIMK, при создании гидравлических противопожарных преград и делении помещений на отсеки.

Разработанные рекомендации по определению напора у насоса пожарного автомобиля (ПА), позволяют определить требуемые значения напора на насосе ПА, при его использовании с целью создания ГПП. Введён коэффициент, характеризующий сопротивление системы, состоящей из напорных рукавов, сухотруба и перфорированного трубопровода. Получены его численные значения (приложение 3) для различных параметров зданий, сухотрубов, перфорированных трубопроводов и возможных схем подачи воды от насоса ПА до сухотруба. Получена графическая зависимость напора у насоса ПА от коэффициента, характеризующего сопротивление системы создания ГПП.

Материалы диссертации реализованы при: а) разработке Фондовых лекций по курсу «Гидравлика и противопожарное водоснабжение «по темам: № 3. «Гидравлические сопротивления и расчет трубопроводов «- № 12. «Специальные наружные противопожарные водопроводы высокого давления «- б) разработке мероприятий, обеспечивающих пожарную безопасность торгового комплекса «Твой дом «, расположенного по адресу: Московская область, Ленинский район, 24 км МКАДв) проектной организацией ООО «ВАЕКО «при проектировании зданий из JIMK для снижения их пожарной опасности.

Основные результаты работы были доложены на:

Научно-практической конференции «Пожарная безопасность — 97 «(г. Москва, МИПБ МВД РФ, 1997г) — Научно-практической конференции «Перспективы совершенствования деятельности органов внутренних дел и государственной противопожарной службы» (Восточно-Сибирский институт МВД РФ г. Иркутск, 1999 г.) — Научно-практической конференции «Пожарная безопасность — 99 «(НПК Черкаск, 1999 г.) — XV Научно-практической конференции «Проблема горения и тушения пожаров на рубеже веков «(г. Москва ВНИИПО МВД РФ, 1999 г.) — V Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы деятельности органов внутренних дел и государственной противопожарной службы «(Иркутское отделение Российской юридической академии, 2000 г.). На защиту выносятся: анализ статистических данных о последствиях пожаров в зданиях и сооружениях из JIMKрезультаты экспериментального исследования по пропитке утеплителя (минеральной ваты) водой через перфорированный трубопроводметодика определения расстояния между соседними гидравлическими противопожарными преградами;

11 рекомендации по определению напора у насоса пожарного автомобиля при его использовании с целью создания ГПП. математическая модель и метод расчёта геометрических параметров ГПП.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 научных работ.

Структура, объём работы и её основные разделы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 205 страницах текста, включает в себя 44 рисунка, 20 таблиц, 6 приложений.

Список литературы

включает 97 наименований.

Основные выводы.

1. Приведённый анализ пожаров в зданиях из JIMK показал, что существующие нормативные требования и проведённые в соответствии с этим противопожарные мероприятия в большинстве случаев не способны предотвратить или ограничить распространение пожара в сооружениях из ЛМК.

2. Отмечено, что пожары в сооружениях из JIMK имеют существенные отличия от других видов пожаров и могут происходить даже при отсутствии пожарной нагрузки внутри сооружения, что потребовало новых путей и средств их защиты от пожара.

3. Предложен нетрадиционный способ защиты зданий из JIMK, направленный на ограничение распространения пожара по утеплителю внутри панелей с помощью гидравлической противопожарной преграды в виде перфорированного трубопровода, делящего сооружение на отсеки расчётной длины.

4. Дополнены методики для расчёта на прочность и устойчивость конструкций с учётом использования ГПП в строящихся и проектируемых зданиях из ЛМК с индивидуальными конструктивными решениями покрытия и с типовыми структурами покрытия. Определены границы влагопоглощения утеплителя в зависимости от его толщины и плотности. Создаваемые и построенные здания из ЛМК можно оборудовать ГПП не превышая предельных прочностных характеристик конструкций покрытия при условии, если: толщина утеплителя 60 мм, то его влагопоглощающая способность должна быть до 80% по объемутолщина утеплителя 120 мм — не более 40% по объёмутолщина утеплителя 180 мм — не более 20% по объёму.

5. Разработана методика определения расстояния между ГПП в зависимости от способа срабатывания системы создания гидравлической противопожарной преграды (автоматически от наружной или внутренней водопроводной сети, ручным пуском или по сухотрубам от насоса пожарного автомобиля).

6. Предложен способ графического определения напора у насоса пожарного автомобиля при его использовании с целью создания гидравлической противопожарной преграды в зданиях из ЛМК для различных: диаметров и количества используемых напорных пожарных рукавовдиаметров труб и диаметров отверстий в перфорированном трубопроводевысоты и ширины здания.

7. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили работоспособность предложенного способа создания гидравлической противопожарной преграды и что давление в наружной водопроводной сети порядка 2,5-ч-Э атм. достаточно для работы ГПП.

8. Выявлен наиболее оптимальный способ подачи воды и время пропитки утеплителя с целью создания ГПП.