Структурная опасность тлеющих пожаров в деревянных зданиях

Большая часть домов в разных странах мира строится из дерева или с его использованием: в Швеции эта доля составляет 78%, в Канаде — 83%, в Финляндии и США — свыше 90%. Правда, это в основном частные дома малой этажности в 2-3 этажа. Многоквартирные возводятся преимущественно из железобетона.

Однако в ближайшем будущем ситуация может измениться. В последнее время все большую популярность набирает высотное строительство с применением деревянных конструкций. Деревянные небоскребы уже есть в Германии, Австрии, Норвегии, Австралии и других странах.

В Норвегии кстати построено самое высокое в мире здание из дерева. Высотка под названием Mjøstårnet расположена на берегу озера Мьеса. Это 18-этажное здание высотой 85 м. Общая площадь 11,3 тыс. кв. м. Небоскреб выполнен из кросс-ламинированной древесины. Единственная часть небоскреба, выполненная не из дерева, — бетонные перекрытия последних двух этажей. В высотке расположились квартиры, гостиница и офисные площади. Также здесь есть просторный ресторан с деревянной мебелью и панорамными окнами. На крыше находится бассейн.

До этого самым высоким деревянным зданием в мире был небоскреб 25 King в Австралии. Его высота составляет 45 м. В Токио планируется возвести 70-этажную высотку из дерева с отелем, квартирами и офисами, а в Кембридже — 300-метровый небоскреб.

Наша страна обладает обширными запасами леса и власти в свою очередь планируют развивать направление многоэтажного деревянного домостроения и в России.

  Древесина безусловно является горючим материалом, но строительные конструкции из дерева обладают большей степенью огнестойкости, чем металлические. Правда есть нюанс – чем незащищенные металлические конструкции. Это не означает, что необработанная металлическая балка сгорит дотла при пожаре, она просто начнет деформироваться (гнуться) гораздо раньше деревянной.

В свою очередь металлические конструкции имеют множество преимуществ: легкость и скорость монтажа, значительную несущую способность при нормальных условиях эксплуатации, она в 4 раза легче, чем железобетонные и каменные конструкции при одинаковой несущей способности. Но необработанные металлические конструкции при резком повышении температуры, быстро и сильно теряют свою прочность. Металлы очень чувствительны к действию высоких температур и огня. Они быстро нагреваются, и происходит снижение прочностных свойств. При температурах до 250°С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, а потом постепенно уменьшается. Критическая температура потери несущей способности стальных конструкций наступает при 500°С.

Приблизительно через 10 минут с начала пожара незащищенные стальные конструкции складываются как карточный домик. Сталь должна быть защищенной. Это может быть обеспечено за счет: огнезащитной краски; бетонирования; обертывания теплоизоляцией. При чем металлоконструкции защищают не только от высоки температур, но и от низких. Об этом я расскажу подробнее в другой статье.

Древесина – это горючий строительный материал. В случае пожара на древесине образуется слой древесного угля с плохой теплопроводностью, что предотвращает последующее горение. При сжигании древесины образуются CO и CO2, а при обработке древесины огнезащитными средствами или материалами для обработки поверхности, то образуются опасные токсичные газы. По сравнению со многими строительными материалами, древесина, хотя и горит, но ее молекулярная цепь не изменяется под воздействием огня, древесина обладает хорошими теплозащитными свойствами и не разрушается внезапно. Обугленная поверхность затрудняет распространение огня. Однако древесина значительно увеличивает пожарную нагрузку.

До температуры 100°С свойства древесины почти не изменяются. Возгорание древесины и обгорание ее поверхности происходит при температуре около 300°С.

Обгорание поверхности происходит в среднем со скоростью около 2 см за 30 минут, тем самым уменьшая поперечное сечение конструкции. Деревянные перекрытия, в том числе деревянный пол, балки, накаты и т.д., теряют несущую способность в среднем через 40 минут с начала возгорания. Несущая способность поврежденных пожаром деревянных конструкций оценивается в зависимости от площади сечения неповрежденной древесины конструкции. После прекращения горения и после того, как большая часть здания остынет до температуры окружающей среды, обычно предполагается, что опасности больше нет, однако, учитывая потенциальное наличие локализованного тления, это может быть не так.

Для деревянных строительных конструкций также существует целая линейка материалов огнезащитной обработки, которые повышают их огнестойкость. На мой взгляд при обработке огнезащитным составом деревянных строительных конструкций в многоквартирных домах стоит обратить особое внимание на коэффициенты горючести, воспламеняемости, способности распространения пламени по поверхности, дымообразующей способности, токсичности продуктов горения. А возможно и пересмотреть эти коэффициенты. Иначе есть риск повторить печальный опыт предыдущих крупномасштабных пожаров, когда подавляющее большинство людей погибло именно от токсичных продуктов горения.

Тление - это медленная, стойкая и беспламенная фаза горения, встречается в пористых видах топлива, таких как древесина. Тление – это твердофазная гетерогенная реакция окисления, при которой уголь реагирует с кислородом с образованием золы, диоксида углерода, воды и других газов. В результате реакции окисления выделяется тепло, способствующее дальнейшему пиролизу несгоревшего материала. Два ключевых механизма управляют реакциями тления: доступность кислорода и теплопередача. Отсутствие кислорода или высокие теплопотери могут препятствовать тлению. Окисление является экзотермическим процессом и требует легкодоступной подачи воздуха. Это означает, что тление чувствительно к условиям горения материала и местной окружающей среде.

Тление древесины - типичная опасность, изучаемая экспертами по исследованию лесных пожаров. После распространения лесного пожара по лесу продолжается тление более плотных видов материалов (почвы, стволов деревьев, веток,) продолжается за фронтом угасания лесного пожара. Это густое топливо может тлеть часами и днями после того, как лесной пожар прошел по территории, нанося еще больший ущерб местной экосистеме и атмосфере.

Во время лесного пожара рядом стоящие деревянные постройки (здания с деревянным каркасом, заборы и настилы) могут подвергнуться тепловому воздействию, что приведет к тлению, что может привести к дальнейшему повреждению и возникновению опасности для находящихся в здании людей. Щели в деревянных конструкциях могут способствовать возникновению и распространению локализованного тления, известного как горячие точки, из-за увеличения повторного излучения от тлеющих поверхностей и снижения конвективных потерь тепла.

Например, в Австралии было обнаружено, что при лесных пожарах один мост медленно тлел несколько дней. При лесных пожарах переход к тлению может привести к вторичному возгоранию ранее потушенного лесного пожара или близлежащих сооружений, что приведет к возникновению новых пожаров.

Тлеющий огонь может представлять опасность для деревянных построек по двум причинам. Во-первых, тлеющие горячие точки после пылающего пожара трудно обнаружить и потушить, и они могут распространяться по деревянным элементам в течение часов и дней, что приводит к частичному или полному разрушению конструкции, спустя долгое время после того, как предполагается, что опасность миновала. Во-вторых, тление может внезапно перерасти в пламя в неожиданных местах, вновь разжигая огонь, который считался потухшим.

В свою очередь для детальной проработки вопроса Минстрой

и МЧС России ранее анонсировали в том числе проведение комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), направленных на обеспечение пожарной, механической и сейсмической безопасности объектов из деревянных конструкций.

    Подводя итог, хочу сказать, что само по себе решение о многоэтажном деревянном домостроении не является таким уж плохим, как это может показаться на первый взгляд. В первую очередь должно быть обеспечено безопасное и комфортное нахождение людей в таких объектах. А для этого все процедуры должны быть четко регламентированы, проведены неоднократные исследования и испытания, а также должен быть обеспечен контроль за выполнением всех принятых регламентов, при чем на всех этапах жизненного цикла объекта защиты – начиная от проектирования, заканчивая эксплуатацией. При чем исследования и опытную апробацию необходимо проводить не по факту на проживающих людях, а до этого на испытательных полигонах.

Только после этого можно говорить о безопасности технологии строительства деревянных многоэтажных домов.