Пожары в высотных зданиях

Специфика пожарной опасности высотных зданий

Ниже приведены примеры  пожаров в зданиях повышенной этажности и высотных зданиях, трагические  последствия которых заставили  специалистов обратить внимание на особенности  пожарной опасности этих объектов и  совершенствование системы их противопожарной  защиты.

Пожар в 22-этажном  здании отеля в Сеуле

Этот пожар стал самым  крупным из всех пожаров в гостиницах повышенной этажности. Пожар начался  на кухне кафетерия на втором этаже  здания. По нейлоновым занавесям на окнах, синтетическим коврам, через  лестничные клетки и шахты лифтов огонь с необычайной быстротой  стал распространяться на верхние этажи, превращая здание в горящий факел (рис.1). Произошло обрушение конструкций лестничных клеток и перекрытий на нескольких этажах. Из 296 человек, находившихся в гостинице в момент возникновения пожара, погибло 164 и 58 человек получили ожоги и отравление дымом. В тушении этого пожара участвовали пожарные команды, полицейские и армейские части (более 1100 человек).

 
Рис.1. Пожар в 22-этажном здании отеля 
(Южная Корея, Сеул, 25 декабря 1971 г.)

Пожар в 32-этажном  небоскребе в Мадриде

На рис.2 представлены последствия этого пожара в высотном здании. Как ни парадоксально, но именно этот случай является примером эффективности современной СПЗзданий. Дело в том, что данное 32-этажное здание в Мадриде находилось на ремонте. В связи с этим СПЗ здания не функционировала. Отсутствие нормально функционирующей СПЗ высотного здания и привело к тому, что пожар без помех распространился на всё здание и привел его в состояние, не подлежащее восстановлению.

 
Рис.2. Последствия пожара в 32-этажном здании 
(Мадрид, Испания, 2005 г.)

Пожары в московских многоэтажных зданиях

В марте 1993 года и ноябре 2005 года произошли серьезные пожары в 25-этажных жилых зданиях Москвы. В первом случае пожар возник на предпоследнем этаже здания на проспекте маршала Жукова, выгорело 5 квартир, погибло 5 человек. Во втором случае пожар начался на последнем, 25-м этаже здания по Второму Сетуньскому проезду (рис.3). Пожар распространился на площади 250 м2. Погибло 4 человека, 15 человек были спасены при проведении спасательной операции. Причиной столь серьезных последствий этих пожаров явилась устаревшая система противопожарной защиты здания. 
Эти примеры свидетельствуют о том, что пожары и другие ЧС представляют собой особую опасность для высотных зданий и зданий повышенной этажности в силу особенностей их конструктивно-планировочных решений, назначения, технологии возведения и последующей эксплуатации. 
Особый характер пожарной опасности высотных зданий определяется:

• наличием условий, способствующих возникновению пожара;
• возможностью массового пребывания людей в здании;
• высотой здания, превышающей возможности использования для спасения людей механических лестниц, имеющихся в гарнизонах пожарной охраны;
• возможностью частичного или полного разрушения при пожаре отдельных элементов здания, определенной части здания или всего здания;
• интенсивным распространением в высотном здании пламени, дыма, токсичных веществ по помещениям, коридорам и техническим коммуникациям, а также через зазоры в строительных конструкциях;
• блокированием лифтов и выходом из строя управления лифтами;
• отсутствием или недостаточностью средств для спасения людей внутри здания;
• отсутствием в нормах четких регламентаций относительно оценки уровня пожарной опасности рассматриваемых объектов.

 
Рис.3. Пожар в 25-этажном жилом здании 
(Москва, ноябрь 2005 г.)

Основы обеспечения  пожарной безопасности высотных зданий

Катастрофические пожары заставили людей обратить внимание на разработку мер по предотвращению пожаров и защите от них.  
Пожарная безопасность - это состояние защищенности личности, имущества, общества и государства от пожаров. Основной проблемой пожарной безопасности зданий является приведение изначально пожароопасных объектов, в такое состояние, при котором исключается возможность пожара на объекте, а в случае возникновения пожара обеспечивается защита людей и материальных ценностей от опасных факторов. 
В настоящее время в России реализуется переход к новым принципам стандартизации и нормирования в строительстве с учетом рыночных отношений и организационных условий строительства. До вступления в силу соответствующих технических регламентов обязательному исполнению подлежат требования действующих нормативных документов, принятых до 1 июля 2003 года. 
Основополагающим документом комплекса "Пожарная безопасность" в настоящее время является СНиП 21-01-97*. Этот документ устанавливает общие для всех сооружений противопожарные требования, ориентированные на предотвращение распространения пожара, безопасность людей и тушение пожара. 
Основной принцип построения нормативных требований к пожарной безопасности объектов заключается в обеспечении необходимого уровня пожарной безопасности объекта, в зависимости от класса и категории его пожарной опасности. Из этого принципа становится понятной определяющая роль в обеспечении пожарной безопасности объектов правильной оценки класса их пожарной опасности.

Проблема оценки уровня пожарной опасности высотных зданий

В современных нормах СНиП 21-01-97 уровень пожарной опасности  для различных зданий и помещений  подразделяется на классы по функциональной пожарной опасности. Класс здания зависит  от:

• способа его использования;
• того, в какой мере безопасность людей находится под угрозой в случае возникновения пожара, в зависимости от их возраста, физического состояния, времени суток, вида функционального состояния основного контингента и его количества.

По этой классификации  высотные здания могут относиться к  классу Ф1 как здания для постоянного проживания и временного пребывания людей и классам Ф2, Ф3, Ф4 как здания культурно-просветительских учреждений и т.д.

Современная система  противопожарной защиты высотных зданий

В современных строительных нормах обеспечение безопасности людей  при пожаре относится к приоритетным требованиям СНиП21-01-97. Для обеспечения  эффективной противопожарной защиты высотных зданий в настоящее время  разработан и успешно применяется  многоуровневый комплекс мер СПЗ этих объектов, основанный на концепции приоритетности обеспечения безопасности людей. 
В этот комплекс мер СПЗ входят как меры, обязательные для любых зданий, к которым предъявляются особые дополнительные требования, так и специальные дополнительные меры, являющиеся обязательными только для высотных зданий. Система противопожарной защиты зданий высотой 16 этажей и выше включает 15 элементов защиты, которые по назначению можно сгруппировать в следующие блоки:

Блок 1. Меры по обеспечению  стойкости зданий или их частей против прогрессирующего обрушения:

• обеспечение огнестойкости конструкций и зданий;
• обеспечение взрывозащиты здания, в котором могут быть взрывоопасные помещения.

Следует отметить особую важность этого блока мер СПЗ для высотных зданий, так как он обеспечивает "первоочередную безопасность" объекта в виде запаса стойкости системы, т.е. ее способности сопротивляться в течение определенного времени не только воздействию пожара, но и другим, в том числе комбинированным, воздействиям. Если объект имеет недостаточную стойкость, вся система обеспечения безопасности людей и здания в целом становится бесполезной.

Блок 2. Меры по ограничению  распространения пожара в высотных зданиях:

• устройство противопожарных преград внутри здания;
• устройство противопожарных разрывов между зданиями.

Блок 3. Меры по обеспечению  своевременной и беспрепятственной  эвакуации людей и их спасения при ЧС в высотных зданиях. 
К основным положениям норм по обеспечению безопасности людей при пожарах в зданиях и сооружениях относятся требования, обеспечивающие в случае пожара:

• возможность эвакуации людей, независимо от их возраста и физического состояния до наступления угрозы их жизни и здоровью;
• возможность доступа личного состава пожарных подразделений и подачи средств пожаротушения к очагу пожара, а также проведение мероприятий по спасению людей и материальных ценностей.

Решение этой проблемы при  проектировании новых и реконструируемых зданий реализуется следующими мерами СПЗ:

• мерами по своевременной эвакуации людей и противодымной защите;
• системой оповещения о пожаре и управления эвакуацией людей;
• мерами по спасению людей и ограничению пожарной опасности материалов, конструкций и зданий.

Блок 4. Системы активной защиты зданий от пожара:

• системы пожарной сигнализации и пожаротушения;
• опорный пункт пожаротушения;
• устройство центрального пульта управления системой противопожарной защиты здания (ЦПУ СПЗ).

Меры по обеспечению  стойкости зданий против прогрессирующего разрушения

Обеспечение огнестойкости  строительных конструкций и зданий в целом - основа системы противопожарной  защиты зданий. Огнестойкость является международной пожарно-технической  характеристикой, регламентируемой строительными  нормами и правилами, и характеризует  способность конструкций сопротивляться воздействию пожара. В связи с  этим огнестойкость является базовым  элементом всей системы противопожарной  защиты зданий, так как служит определяющим параметром для выбора остальных  элементов защиты. 
Запас прочности основных конструкций здания играет спасительную роль и при возникновении комбинированных особых воздействий типа "удар - взрыв - пожар". Именно этот ресурс сопротивляемости конструкций воздействию пожара и позволил башням Всемирного торгового центра продержаться несколько десятков минут до наступления прогрессирующего разрушения. Это позволило спасти десятки тысяч жизней людей, которые находились в этих и прилегающих зданиях. 
В строительных нормах огнестойкость используется также в качестве основного показателя при проектировании такого элемента СПЗ как противопожарные преграды. Для различных видов противопожарных преград в качестве регламентируемой характеристики используется значение их "предела огнестойкости". Степень огнестойкости здания является исходной характеристикой при проектировании эвакуации людей и противодымной защиты, проектировании инженерных систем здания, систем пожарной сигнализации и т.д.  
Многочисленные испытания строительных конструкций на огнестойкость позволили выявить основные причины и характер разрушения при действии огня железобетонных, стальных, деревянных и других конструкций. Обобщение результатов огневых испытаний дало возможность создать каталог справочных данных, с помощью которого можно определять значения фактических пределов огнестойкости основных строительных конструкций.

Особые требования к огнестойкости высотных зданий

Здания высотой до 16 этажей подразделяются на 5 степеней огнестойкости: I-V. 
Многофункциональные здания высотой больше 16 этажей должны иметь особую степень огнестойкости. В соответствии с этим к огнестойкости конструкций зданий, относящихся к особой степени огнестойкости, также предъявляются особые требования в сторону их увеличения. 
Перечислим некоторые основные требования:

• конструкции этих зданий должны выполняться из несгораемых материалов.
• минимальные пределы огнестойкости конструкций многофункциональных зданий повышенной этажности, имеющих особую степень огнестойкости, должны быть не менее: 
  - несущие стены - REI 180; 
  - противопожарные стены - REI 180; 
  - колонны - R180; 
  - стены лестничных клеток - REI 180; 
  - элементы перекрытий (балки, ригели, рамы, фермы) - R 180; 
  - противопожарные перекрытия - REI 180; 
  - ограждающие конструкции лифтовых шахт - REI 90; 
  - ограждающие конструкции шахт пожарных лифтов - REI 120; 
  - ограждающие конструкции коммуникационных шахт - REI 60.

Средняя пожарная нагрузка этих зданий не должна превышать 50 кг/м2 (при пересчете на древесину).  
Для зданий высотой более 100 м предел огнестойкости перечисленных выше основных конструкций рекомендуется увеличивать еще на 1 час. Данное требование представляется избыточным, приводящим к удорожанию строительства, сложностям при проектировании сверхвысоких зданий. Фактически речь идет о требовании использовать при высотном строительстве конструкции, которые при стандартном испытании на огнестойкость должны сопротивляться температурам до 1100° С в течение 4 часов. Это соответствует пожарной нагрузке в помещении, в эквиваленте древесины, свыше 150 кг/м2, что превышает реальные и допустимые значения пожарной нагрузки в помещениях высотных зданий в 2 раза. Например, в двух 110-этажных административных зданиях Всемирного торгового центра в Нью-Йорке пожарная нагрузка в помещениях офисов во время событий 11 сентября 2001 года составляла 40 кг/м2 в эквиваленте древесины, а согласно МГСН4.04-94, допустимая пожарная нагрузка в помещениях высотных зданий не должна превышать 50 кг/м2. В связи с этим, представляется возможным ограничить требования норм к максимальной огнестойкости конструкций высотных зданий величиной 180 минут (3 часа).

Обеспечение взрывозащиты зданий, имеющих или могущих иметь  взрывоопасные помещения

Основным опасным фактором взрыва является избыточное давление продуктов взрывного горения. К  опасным факторам взрыва относятся  также повышенная температура, обрушение  конструкций, коммуникаций и их разлетающиеся  части. Особая опасность взрывов  для строительных объектов состоит  в том, что повреждение и разрушение этих объектов происходит очень быстро. 
Взрывозащита здания, имеющего или могущего иметь взрывоопасные помещения, заключается в применении специальных технических решений, позволяющих при возникновении взрыва в помещении снизить избыточное давление взрыва в этом помещении до уровня, безопасного для основных несущих конструкций здания. 
В качестве взрывозащиты здания используются так называемые "легкосбрасываемые конструкции" (ЛСК), роль которых в большинстве случаев выполняет остекление проемов взрывоопасных помещений. При возникновении взрыва в помещении остекление проемов вскрывается и обеспечивает сброс продуктов взрывного горения в окружающую среду. При достаточной площади ЛСК этот сброс продуктов взрывного горения обеспечивает безопасный для основных несущих конструкций здания уровень избыточного давления в аварийном помещении (рис.4).